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Recherches sur les rayons magnétiques

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(1)

HAL Id: jpa-00242401

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242401

Submitted on 1 Jan 1910

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A. Righi

To cite this version:

A. Righi. Recherches sur les rayons magnétiques. Radium (Paris), 1910, 7 (3), pp.80-91. �10.1051/ra-

dium:019100070308001�. �jpa-00242401�

(2)

courant qui transporte les charges positives vers

l’électromètre.

Nous voyons aussi que. contrairement à ce qui se

passe dans le cas du courant spontané, le courant

Fig. 12.

I. Courant positif.

II. Courant négatif.

d’ionisation est plus faible dans la couche plus l’paisse aux mêmes potentiels. La proportionnalité

inverse d’ailleurs entre l’intensité du courant et

1 épaisseur de la sultstance traversée par lui n’existe

point et le rapport des courants correspondants est

variable.

30. Application de la théorie des ions.

-

Il est clair que les formules simples de la tlléorie des

ions indiquées plus haut (; 16) ne sont pas suffi-

santes pour représenter les phénomènes du courant électrique dans le diélectrique liquide que nous avons étudié. Ainsi on ne peut pas espérer obtenir la valeur exacte de la solnme des iiiobilités à l’aide de la for- niule (8). L’incertitude provient tout d’abord de la

dissnmétrie qui existe entre les courants de deux signes.

Il est possible cependant que le degré d’approxilla-

tion soit plus grand que pour la paraffine solide, si

l’on emploie des couches épaisses.

Les valeurs ainsi obtenues ont eu tendance à dimi-

nuer à mesure que les conditions expérilrlentalce

devenaient meilleures.

En utilisant les nombres indiqués dans le tableau IX

(§27) relatifs au courant positif,, on obtient, pour la

somme des mobilités, la valeur 1.6X 10-1 cm:sec volt:cm.

Je tiens à exprimer, en terminant, ma reconnais-

sance à M. Langcvin pour le bienveillant intérêt qu’il

a porté a mon travail, ct à Mme Curie pour m’avoir

obligeamment prêté la substance dont je me

suis servi.

[Manuscrit reçu le 19 janvier 1910].

Recherches sur les rayons magnétiques

Par A. RIGHI

[Laboratoire de Physique de l’Université de Bologne.] 1 1. Parmi les phénomènes lumineux, que l’on observe

lorsque la décharge a lieu dais un tube à gaz raréfié

placé dans llu champ magnétique, il y en a un très remarquable, (lui a été décrit par Plücker2 et plus

tard par Hittorf3, et qui consiste dans la formation d’une colonne de lumière généralement limitée par les lignes de force magnétique passant par le contour de la cathode.

Suçant Implication que l’on a donnée jusqu’à présent de ce phénomène, on admet que ladite colonne est tout simplement constituée par les rayons

1 f mémoire L: le résumé des travaux présentés en pallIe à différentes sociétés.

Physique. 1908, Mém. de l’acad. R. de Bologne,17

juin 1908; 17 janvier 1909; 14 novembre 1909. C. 1:. de la R. 3 juin 1909; 20 juin 1909; C. n, de l’Acad. R de Bologne, 16 janvier 1910.

2. Pogg. Ann.. 103 1838 88-131.

3. Pogg. 136 (1869 213.

cathodiques qui, dans le champ, prennent une forme llélicoïdale en s’enroulant autour des lignes de force

du champ magnétique. Si la vitesse des rayons ii’e;t pas très grande, ils s’enroulent très étroitement, et au

lieu de distinguer leur forme réelle Oll ne verra que la luminosité formée par leur ensemble.

Lorsque, comme dans I*expérience de Hittorf, ou

dans celles bien connues de Villard, on a un faisceau cathodique de section très petite, on voit nettement

la forme hélicoïdale qu’il prend sous l’action du champ. Mais souvent on voit alors aussi la colonne lumineuse de Pincker, qui cette fois est creuse et présente la forme du tube de force 11lagné6que sur lequel est enroulé le faisceau cathodique.

Ainsi il faut compléter l’explication en tenant compte des rayons cathodiques secondaires, qui ont

leur point de dl’part nil les molécules gazeuses sont rencontrées par lu, rawo· principaux e 1

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019100070308001

(3)

qu il faut considérer le tilet cathodique comme un prolongement de la cathode. En général, les expé-

riences montrent que la colonne de Plücker prend

naissance surtout où il y a des rayons cathodiques

dont la vitesse n’est pas trop grande, et c’est précisé-

ment le cas des rayons secondaires, ou des rayons

cathodiques diffus clui se forment dans un gaz à raré- faction modérée.

L’explication que l’on vient d’exposer ne satisfait

pas tout le monde, et Birkeland i, Broca2, Pellat3 et

surtout iillard’, ont émis l’opinion que le phénomène

de Pliicker est du à une nouvelle espèce de rayons.

Après avoir réalisé nombre d’expériences sur ce sujet je me suis persuadé aussi de l’insuffisance de

l’explication courante, et de la nécessité d’ in1aginer

l’existence de rayons nouveaux ; mais en même temps j’ai cherché à établir une explication nouvelle des

phénomènes fondée sur l’hypothèse suivante.

hans un gaz ionisé, en outre des ions et des élec-

trons négatils (qui eux aussi sont certainement présents

aux faibles pressions) il y aurait encore certains sys- tènles électriquement neutres, mais différents d’avcc les atomes et les molécules. Chacun de ces systèmcs

serait constitué par un ion positif et un électron (avec

cc mot je désignerai toujours l’électron négatif) tour-

nant l’un autour de l’autre sous l’action de leur attrac- tion réciproque comme les deux astres d’une étoile

double; ou encore, vu que la masse de l’ion est très

grande par rapport à celle de l’électron, on dira que l’électron tourne autour de 1 ion comme un satellite

autour de sa planète.

Cela étant admis, les nouveaux rayons seraient constitués par ces petites étoiles doubles orientées de manièrc que leurs orbites se trouvent dans des plans

sensiblement perpendiculaires aux lignes de force magnétiques, et mobiles suivant des trajectoires coïn-

cidant sensiblemllt avec ces mêmes lignes. Pendant leur mouvement les couples électron-ion positif ne res-

teraient pas intacts; au contraire, ils seraient conlinuel- lement détruits et recullstitués à cause dcs collisions et des perturbations provenant des ions, atomes, etc.

qui s’en approchent. Les raBons magnétiques ditfére-

raient donc des rayns cathodiques tordus en hélices

par le champ, par la circonstance, que tous les élec- trons ne resteraient pas toujours libres ; mais cer-

tains d’entre eux s’attacheraient momentanément ii des ions positifs avec formation des couples tour-

nants.

.rai donne aux rayons ainsi constitués le nom de rayons magnétiques, qui nit’ paraît préférable a ceux

Je rayons Je deuxième espece (Broca), de rayons

magnétocathodiques (Villard), etc.

1. C. R. de r 21 février 1898.

. Idem. 1 mars 1898.

:ï. Idem. 1902. 1904 4. T. 7. 1906.

T. 7.

2. Vraisemblablement, des coupiez électro-ion

positif existent toujours dalls un sa/ ionisé. ru système de cette espèce peut se former, par exemple, lorsqu’un

ion positif et un électron négatif s’approchent avec

des vitesses de grandeurs et directions convenables, l’électron devenant satellite de l’ion. Ce n’est en effet

qu’un cas intermédiaire entre les deux, que l’on con-

sidère d’hahitude, c’est-à-dire le cas où il y a fornla- tion d’un atome, et le cas oil l’électron et l’ion

s’éloignent de nouveau CIl restant libres.

Les hypothétiques petites étoiles doubles peuvent

sc former aussi dans des circonstances opposées. En effet, parlnï les résultats possibles d’une collision subie par un atome, on n’en considère ordinairelnent que deux seulement, celui Oll l’atome conserve son

intégrité, et celui ou il s’ionise ou se sépare en ion positif et électron négatif. Mais il N a lieu (le consi- dérer aussi un eil’et intermédiaire, précisément tvlni

où l’électroii reste dans le domaine de rattraction de l’ion. La possibilité de ce l’ait a été reconnue aussi

par J. J. Thomson1, vraisemblablement sans avoir eu

connaissance de mes publications sur le sujet.

Mais, si l’on ne peut se refuser u admettre ces

possibilité, on doit en même temps reconnaitre que les couples électron-ion positifs doivent être très insta-

bles, car, évidemment, la séparation de l’électron d’un de ces systèmes doit ètre plus aisée, et avoir

lieu avec une plus grande fréquence, que l’ionisation d’un atome.

A cause de cette grande instabilité et de l’orienta- tion tout à fait irrégulière des couples, leur existence

ne pourra se manifester ordinairement d’aucune ma- llicre; iiiais il n’en sera plus ainsi lorsque le gaz sera daiis un champ magnétique. On a, t’n effet, l’intuition que certains couples convenablement orientés devront devenir moins instables, et pourront ainsi manifester leur existence.

3. Comme il llt’ parait pas possible de résoudre d une manière complète le problème de la détermination du mouvement du système électron-ion positif dans le champ magnétique, soit dan... son ensemble, ’oit pour chacune des deux partie dont il est formé, el d’au-

tant moins l’évaluation concrète de sa stabilité, c’est-à- dire son aptitude plus ou moins marquée al résister

sans se rompre alill perturbations atomiques et molé-

culaires. on ne peut pas prétendre démontrer ri-

goureusement ce que j’ai avancé, c’est-à-dire que le champ magnétique prolonge l’existence de certains de ces systèmes. 11 faut donc se ccutenter de considé- rations génériques et incomplètes.

Il faut reconnaître d’abord qu’un couple électron-

ion positif peut être détruit de deux manières. En enet, la perturbation produite par une particule qui

... y approche peut être telle. - ’11

I. PrOf. 14.

6

(4)

définitivement de l’ion, ou telle, au contraire, que l’électron forme avec l’ion un atome neutre. Vrai- semblablement, le prelnier cas aura lieu plus aisé-

ment lorsque la distance entre électron et ion du couple est relativement grande, et le second cas lorsque cette distance est assez petite, et il y aura

une certaine valeur de ladite distance, pour laquelle.

dans un champ donné, la stabilité sera maximum.

Cela posé, supposons pour plus de simplicité que l’électron tourne circulairelnent autour de l’ion, dans

un plan sensihlement normale aux lignes de force magnétique. Une force électromagnétique agira sur l’électron, qui sera dirigée suivant la droite qui, a

de l’électron u l’ion (qu’on suppose immobile en rai-

son de sa masse). Cette force s’ajoutera à la force électrique ou s’en retranchera suivant le sens du champ

et celui du mouvement. Les deux forces s’ajoutent lorsque la révolution de l’électron autour de l’ion a

lieu dans le sens même du courant, auquel on peut

attribuer le champ, et alors la stabilité du système

est plns grande que sans champ magnétique.

En effet, pour une méme valeur de la distance

entre l’électron et l’ion (si, par exemple, cette dis-

lance est celle pour laquelle la stabilité est la plus grande), la vitesse de l’électron sera plus grande lorsque le champ existe que lorsqu’il n’existe pas, et par conséquent il sera dévié de son chemin moins

facilement dans le premier cas que dans le second.

On peut donner une forlne un peu plus précise à

ces considérations par des calculs faciles, rendus pos- sibles par certaines hypothèses de simplification.

Supposant immobile l’ion positif, et admettant qu’a un moment donné on crée instantanément un

champ magnétique perpendiculaire à l’orbite ellip- tique parcourue par l’électron, les équations du mou-

vement sont :

où r2=x2+y2, ,1 et .’J étant les coordonnées de l’électron par rapport à deux axes ayant leur origine

dans le point occupé par l’ion. Les constantes la et k

dépendent de la charge - e de l’électron et de sa masse m, et la deuxième est aussi proportionnelle à

l’intensité du champ, qu’on suppose relativement faible.

Ces équations s intègrent sans difrculté, partieu-

lièreinent si, après la première intégration, on intro-

duit les coordonnées polaires données par x =r cos 0,

y=r sin . Je n’indiquerai ici que les résultats priu- cipaux1.

Lorsque le champ n’est pas encore créé, c’est-à-

dire lorsqu’on pose k=o, le mouvement de l’élec-

tron est identique à celui d une planète autour du

1. Voir Pour le développement de5 calculs: de l’Acad.

de Bologne. li novembre 1909.

soleil, car on laisse naturellement de côté les cas de

mouvement hyperbolique ou parabolique. Au moment

oit le champ entre en action, la trajectoire reste modi-

fiée. Si le sens du champ est celui supposé dans les formules, ce changelnent a lieu de manière que les valeurs maximum et minimum de r deviennent plus petites.

En effet, les deux valeurs extrêmes de 1’, qui sont A+~A2-B2, A-~A2-B2 lorsqu’il n’y a pas de

champ magnétique (A étant le demi grand axe et B le

demi petit axe de la trajectoire elliptique de l’élec-

tron), sont données, lorsque le champ existe, par

r=i 1+xB { A±~A2-B2+03B1B (03B1Br20- B2+r20)

r0 étant la valeur de r pour t o, c’est-à-dire au mo- ment de la création du champ, ct d une nouvelle

constante proportionnelle il lr.

On en déduit aisément que, en dehors de deux cas

particuliers, celui de ro = A + ~A2 -B2, dans lequel le

maximum de l’ a cette méme valeur, et celui de

r0=A-~A2-B2, dans lequel le minimumde r a cette valeur, on a toujours pour r un maximum plus petit que A+~A2-B2, et un minimum plus petit que A-~A2-B2.

On voit donc que l’effet général du champ est sur-

tout un rapprochement de l’électron vers l’ion.

Puisque la plus grande élongation de l’électron est rendue moindre par le champ, il parait que la proba-

bilité de destruction du couple par séparation de ses

éléments doit être moindre. Mais comme le rappro- chement maximum est diminué aussi, il faut en conclure en méme temps que le champ rendra plus

facile la destruction du couple par forlnation de l’atome neutre. Mais comme la diminution du maxi-

mum de r est plus marquée que la diminution du minimum, on comprend comme le premier effet l’emporte généralement sur le second.

On prévoit en même temps qu’en augmentant

beaucoup l’intensité du champ on facilitera la des- truction des couples par formation de l’atome, ce duc

l’expérience semble confirmer claircmeiit.

Comlne il y a intérêt à se rendre compte de la

forme de la trajectoire de l’électron autour de l’ion dans le champ magnétique, j’en ai établi l’équation, qui est

Pour abréger on a pose :

(5)

Un convient de représenter par P0 Q0 R0 ce que deviennent P, Q, R, lorsqu’on met r0 à la place de i-.

Fig. 1.

On doit prendre devant 03B1 le bigne plus Oll moins,

suivant que la valeur 03B80 de l’angle 6 pour t=0 est plus petit ou plus grand que ?r.

L’avantage que présente la forme parti-

culière donnée à l’équation de la trajec-

toirc de l’électron dans le champ magné- tique consiste en ce que l’on peut la construire point par point dans un même

dessin avec la trajectoire primitive (l’el- lipse parcourue avant la .création du

champ), en donnant t il A, B, r0, des a-

leurs numériques quelconques, sans que l’on doive faire des suppositions plus ou

moins vraisemblables sur les grandeurs

de e, m et surtout de n. Les incertitudes relative à ces ciloix sont ainsi évitées.

Cela tient à ce cjue 1 on n’a pas besoin de connaître les grandeurs absolues des

trajectoires parcourues avant et après la

création du champ magnétique, mais seu-

lenieiit leur forme et leur position relative

â une échelle quelconque.

Parmi les dessins de cette espèce assez

nombreux que j’ai construits, en pré-

sente deu B. La fig. i montre la trajectoire

de l’électron avant la création du champ (ellipse à trait interrompu L et la trajer-

toire parcourue après la création du champ digne

continue). pour le cas où A=3. B=3.

x=0.01. Le cas de la fig. 2 diffère du précèdent seu-

lement par la valeur de x qui est x=0.02. Il s’agit

donc d’un champ magnétique d’intensité double. On voit comment ces trajectoires

ressemblent à celle que r on trouve pour l’électron dans la théorie élémentaire du

phénomène de Zceman.

Mais on peut aussi se former une idée concrète de la nouvelle trajectoire en cons-

truisant par points la courbe d équation :

On trouve que cette courbe diffère peu de l’ellipse primitive (c’est-à-dire de la courbe parcourue par 1 électron avant la création du champ). Ur, si l’ on suppose que l’électron parcoure cette courbe sui-

vant une certaine loi définie par une for-

mule, qu’il est inutile de rapporter ici,

il suffit d’imaginer (me la courbe tourne

uniformément dans son plan autour de l’origine et avec la vitesse angulaire 1/2 h,

pour que le mouvement de l’électron soit

reproduit fidèlement.

On peut ajouter que la période T du

mouvement de l’électron sur ladite courbe,

que j’appclle trajectoire tournante, est :

Fig. 2.

T0 étant la période avant la création du champ; et

’pic raire renfermée par la trajectoire tournante est

(6)

donnée par

et est évidemment plus petite que celle de l’ellipse.

Il va sans dire que toutes les conclusions énoncées

se t1-ansiornient dans des conclusions opposées, si l’on

suppose inverti le mouvement de l’électron ou invertie la direction du champ magnétique.

4. Les raisons principales en faveur de l’hypothèse qu’il existe une nouvelle espèce de rayons ont été formulées par Villard. Il fait observer d’abord que le faisceau lumineux de Plücker se présente souvent brusquement, lorsqu’on augmente grdauellement

l’intensité du champ, ce qu’il n’est pas facile d’ex-

pliquer lorsqu’on suppose que le phénomène n’est qu’une continuation de celui des rayons cathodiques,

dont la forme va se modifiant graduellement lorsqu’on

augmente l’intensité du champ.

Une autre raison favorable à l’hypothèse c’est que, suivant Villard, les nouveaux rayons semblent ne pas transporter de charge électrique.

On ne peut pas considérer comme une preuve en faveur de l’hypothèse le fait que le faisceau de Plüc- ker est dévié par un champ électrique dans un sens

transversal, car ce phénomène s’explique très bien,

comlne l’a montré M. Fortin1, par la théorie ordinaire.

Par mes recherches expérimentales je crois avoir recueilli, sinon des preuves, que l’on ne peut pas

espérer obtenir, au moins des indications nom-

breuses favorables Il llla théorie des rayons magnétiques.

Avant d’en donner un aperçu il est nécessaire d’ex-

pliquer comment il peut se faire que, pendant la décharge dans un champ magnétique, les hypothéti-

ques couples tournants électron-ion positif se produi-

sent, ct comment, bien que continuellement détruits et renouvelés, ils donnent aux rayons cathodiques de

nouveaux caractères.

Suivant la théorie admise aujourd’hui, les électrons

émis par la cathode ionisent le gaz dans la rébiull lu- mineuse, qu’on appelle la deuxième couche négative, puis plus loin, en union à ceux résultant de l’ioni-

satin dans cette couche. dans la colonne p0bitiBe. Il

faudra admettre que, au lieu d une véritable ionisation,

il a’ produit quelquefois celle ionisation incomplète, qui est la formation des couples tournants. De même des couples semblables se formeront souvent lorsqu’un

électron rencontrera un ion positif. L’existence des

couples passerait inaperçue s’il n’y avait le champ, qui donne une certaine persistance à ceux qui ont

une orientation appropriée. Erl tout cas ce seront les

électrons dont la vitesse n’est pas très grande qui prendront part a la formation des étoiles doubles.

Ceux qui possèdent une vitesse très grande ne pour-

1. L. 11., 2U juin 1904.

raient former, en effet, que des couples dans lesquels

la distance entre ion et électron serait comparable et

même moindre que les dimensions atomiques, et qui

deviendraient immédiatement des atomes neutres. Cette formation des couples sera naturellement rendue plus probable par le fait qu’il y a des rayons positifs rétro- grades, c’est-à-dire des ions positifs, qui se meuvent

dans le même sens que les électrons. Chaque couple, pendant la petite durée de son existence, se déplaccra

en raison de sa vitesse d’ensemble, provenant des vi-

tesses possédées auparavant pas ses deux éléments, et

par conséquent surtout dans le sens même des rayons

cathodiques; le champ magnétique les poussera dans la méme direction, s’il est dirigé suivant le mouve- ment des rayons. En tout cas il tendra à les déplacer

suivant les lignes de force. On peut ajouter que le

sens dans lequel les électrons d’un rayon cathodique

tournent autour d’une ligne de force, lorsque le champ

a donné au rayon la forme hélicoïdale, est précisement

le sens suivant lequel l’électron tourne autour de l’ion

positif dans les couples, dont la durée est augmentée

par le champ : ce qui paraît devoir favoriser la forma- tion de ces couples. Leur existence pourra toutefois n’ètre que trus courte; mais de nouveaux couples se

formeront tout moment, souvent par réunion nou- velle des éléments d’autres couples qui viennent d’ètrc détruits par les collisions.

5. La prenlière ligne de recherclle expérimentale

que j’ai suivie a été l’étude des charges transportées

par le faisceau lumineux de Plücker, ou, comme je

dirai dorénavant, par les rayons magnétiques. J’ai

donc voulu tout d’abord établir si le résultat

entrevu par M. Villard pouvait se démontrer d’une manière rigoureuse.

manière rigoureuse.

J’ai cru pendant quelques temps avoir atteint ce but ait moyen de 1 expérience suivante:

Un tube à décharge cylindrique, dont l’axe est sur

le prolongement de l’axc d’une grande bobine à noyau de l’er foré destinée Èl donner le champ magnétique, a

1 anode dans une direction latérale et la cathode ¿.

l’extrémité qui est près de la bobine. A l’extrénlité

éloignée se trouve la disposition usuelle, qu’on emploie (Perrin, Thomson) pour recueillir les charges des

rayons cathodiques. L’électromètre donnait une dé- viation négative, qui s’arrêtait à un maximum, à causc

de la conductibilité de l’air du tube due à son ionisation,

et cette déviation maximum devenait de plus en plus petite lorsqu’on excitait la bobine, et qu’on augmentait

peu à peu l’intensité du champ.

J’en avais conclu que, sous l’actioll du champ la charge transportée était diminuée, à cause du fait que des ions positifs étaient transportés eux aussi par les

couples électron-ion positif. Evidemment l’ionisation de rail’ n empêchait pas la constatation de ce fait, et

le résultat de Villard semblait confirmé.

(7)

Mais récemment j’ai pensé que, pour que cette conclusion fût légitime, il fallait admettre que la con-

ductibilité de l’air n’augmentait pas lorsqu’on créait

le champ. Au contraire il parait invraisemblable qu’ii

ne puisse en être ainsi, aj anl reconnu, comme on le

verra, que4 pour les tubes ayant l’anode dans une ranii-

fication du tube dirigée transversalement au champ,

celui-ci l’ait augmenter la différence de potentiel aux

électrodes.

J’ai donc été amené a étudier, par expérience, si

vraiment l’ionisation ii l’intérieur du tube ii décharge

était augmentée par le champ 1.

Le résultat a été d’accord avec la prévision, car j’ai constaté (me la présence des rayons magnétiques

a pour conséquence une plus forte ionisation du gaz.

On ne peut donc pas encore considérer l’expériences précédente comme une démonstration de l’existence des couples électron-ion positifs, ou du moins il faudra

atteindre qu’on puisse réussir a faire la part de l’aug-

mentation de la conductibilité de l’air, dans la dinii-

nution constatée de la déviation maximum de l’élec- tromètre2.

6. Après avoir étudié les charges négatives trans- portées par les rayons cathodiques et magnétiques, j’ai voulu étudier d’une manière analogue les charges positives transportées par les rayons canaux sous l’in- Iluence d’un champ magnétique. Le tuhe employé

était encore cylindrique, nlais son diamètre (23 mm.)

était tel, qu’on pouvait l’introduire en partie dans le

noyau perforé de la bobine.

L’anode était n l’extrémité inférieure, et la cathode

était au dehors de la bobine. Cette cathode était un

disque d’aluminium ayant a son centre un trou d’un

millimétré de diamètre, et formait la base d’un cy- lindre de toile iiiétallique, qui se prolongeait jusqu’à

une distance assez grande de la bobine, et tt l’inté-

ricur duquel se trouvait un petit conducteur commu-

niquant avec l’électromètre. La cathode et le cylindre

étaient en communication avec la terre. Les rayons

canaux se formaient au dedans du cylindre et rencon-

traient sur leur chemin le conducteur, qui transmet-

tait à l’électromètre leur charge positive.

J’avais imaginé que sous l’action du champ devaient

se former les couples tournants par réunion d’ion:,

positifs des rayons canaux et d’électrons. La charge acquise par l’électromètre dt’Bait donc diminuer en excitant la bobine, et c’est précisément ce que j’ai

observé.

R. de r Acad. R. de Bologne, 16 janvier 1910.

2. Dans lItH’ note qui va être publiée, et dont son auteur

,1. Thirkill a bien B«utu me raire. connaître d’avance le contenu.

Ce physicien est arrive de -on côté à la même conclusion.

)1. Thirkill croit quon peut expliquer sans nouvelles hypo-

thèses. mais seulement par la considération des rayons cath"-

diques. certaines autres parmi mes expériences, qui. au con- traire, sont il mon 3Bi... très favorables a l’explication nouvelle;

mais il Ill’ tient pas compte de toutes.

Lorsque plus tard je un’ suis persuada que l’expé-

rience du §3 ne fournissait pa’ une conclusion sûre.

j’ai xoulu naturellement voir si, dan, l’expérience

(lue je de décrire, il y avait la même cause d’in-

certitude, c’est-à-dire si ltz champ augmentait l’ioni-

sation dans l’air parcourue par les rayons canaux. Mais les expériences nombreuses que je iien, d’effectuer m’ont montré, au contraire, que sous l’action du champ

la conductibilité dll gaz dans la région dl’’’ rayons ca-

naux diminue notablement 1. Il parait donc que l’on

puisse affirmer la formation de rayons magnétiques

dans le faisceau dc rayons positifs.

Je ne m’arrêterai pas à montrer comment on peut

expliquer avec mon hypothèse la diminution de l’io- nisation que produite le champ: mais je dois obser-

cur que l’on pourrait l’expliquer, et en même temps expliquer le fait précèdent, en admettant que, lorsque

le olonlp agit, ait lieu un affaiblissement des rayons

canaux pour des motifs inconnus. Mais, comme ces rayons sont parfaitement visibles au dedans du cylin- dre de toile métallique, on peut constater que leur luminosité ne varie pas lorsqu on crée un champ suf-

fisant pour produire les deux phénomènes décrits (di-

minution de la charge transportée et diminution de

l’ionisation), et que, si quelquefois on peut constater

que leur luminosité diminue, c’est seulement en em- ployant des champs très puissants, sous l’action des- quels lesdits phénomènes ne varient presque pas ulté- rieurement. Il n’y a donc pas entre l’intensité des rayons et les deux phénomènes la correspondance qui

devrait exister pour (lue 1 explication précédente tut

admissible.

7. D’autres expériences ont eu pour but l’étude de

rayons magnétiques formés dans un champ magné- tique, dont l’intensité diminue rapidement en s’éloi-

gnant de la cathode, toujours placée prés dt’ la bo- hine. La stabilité conférée aux couples tournants

devait être d’autant plus faible qu’ils se formaient plus loin de la bobine, t’t j’espérais rencontrer des

phénomènes particuliers dus aux électrons et surtout

aux ions positifs résultant de la rupture desdits cou- ples.

J’ai employé d’abord des tubes cylindriques placés

suivant l’axe de la bobine, et avant l’anode a l’extré- mité du tube la plus éloignée de celle-ci; irais mou

attente n’a pas t’té satisfaite avec ces tubes.

Toutefois, j’ai observé que sous 1 action du champ

la colonne positive diminuait presque toujours de

longueur, dont on peut donner l’explication sui-

vante. Les électrons doivent parcourir llit plus long

chemin avant d’acquérir la vitesse nécessaire pour ioniser lt’ gaz, lorsque pendant une partie uk’ leur

mouvement ils sont soustraits à la force accélératrice du champ électrique à cause dt’ leur union 1 des

I. Voir Id note

(8)

ions positifs. En augmentant de plus en plus l’inten-

sité du champ on arrive à un effet maximum, après quoi l’apparence de la décharge devient semblable à celle qu’elle montrait sans champ magnétique. C’est

la une première vérification du fait prévu, qu’un champ trop puissant s’oppose u la persistance des couples tournants.

J’ai constaté, en outre, qu’entre de larges limites

l’action du champ donne lieu à une diminution du

potentiel de décharge, avec ces tubes placés dans la

direction de la force magnétique. Ce phénomène aussi

peut s’expliquer aisément par l’hypothèse admise.

8. Des résultats de plus grand intérèt ont été ob-

tenus en changeant quelque peu la forme du tube à

décharge. Il est facile de se persuader qu’un champ électrique tend généralement à diminuer la stabilité des couples tournants. En plaçant l’anode, non plus

à l’extrémité du tube, mais dans une ramification laté- rale soudée au tube près de la cathode, les rayons devaient se développer dans le tube loin des régions

où le champ électrique a sa plus grande intensité.

C’est avec ces tubes que j’ai réalisé des expériences, qui ont donné satisfaction à mon attente, et qui me

semblent très favorables à mon hypothèse1.

La fig. 5 montre un de ces tubes. On voit en C la cathode ayant la forme d’un petit disque d’aluminium entouré par un tube de verre qui se prolonge au-devant

de lui ; A est l’anode, fi la bobine qui doit produire

le champ.

Lorsqu’il n’y a pas de champ magnétique et que l’air

est convenablement raréfié 2, on voit dans la rami- fication A la colonne positive rose ou rouge stratifiée,

Fig. J.

pendant qu’un faisceau lumineux ayant les caractères

des rayons cathodiques sort du petit tube entourant

la cathode :5. Si l’on excite la bobine, la colonne posi-

1. )1. RICHARD MILLER-URI. de Braunschweig. fournit le, tubes de cette forme. Ceux de grandes dimensions. par exemple longs

d’un mètre et de 10 centimètres de diamètre, conviennent parti-

culièrement bien.

2. La meilleure raréfaction varie avec les dimensions du tube.

l’intensité du cuiirant qui le traverse, etc. Je renvoie le lecteur

aux publications citées pour les données nécessaires, ainsi que pour l’indication des appareils employés pour fournir le courant de décharge, pour effectuer les mesures, etc.

5. Réellement on voit au dedans du petit tube entourant la

cathode, non seulement la première couche lumineuse néga-

tive est déplacée, et apparaît alors en quelque sorte

comme écrasée contre la paroi, pendant que le faisceau

sortant de la cathode devient plus long et plus brillant,

et acquiert les caractères des rayons magnétiques.

Son éclat diminue en passant dans les ré-ions de plus

en plus éloignées de la cathode, jusqu’à disparaitre en

E. Mais plus loin encore apparait un phénomène nou-

veau, et précisément une colonne lumineuse EF ayant la couleur et les caractères d’une colonne positive.

Si l’on augmente peu à peu l’intensité du champ,

les deux régions E, F s’éloignent graduellement de la

bobine. jlais, si le tube est assez long et si l’on peut augmenter assez l’intensité du champ, on voit la

luminosité tout entière de C à F se raccourcir, jus- qu’à ce que le tube reprenne à peu près la méme appa-

rence que sans champ magnétique. On en déduit en-

core une fois que, bien qu’une certaine intensité mi-

nimum du champ soit nécessaire pour la production

des phénomènes nouveaux, ceux-ci tendent à dispa- paitre lorsque l’intensité du champ dépasse une cer-

taine valeur maximum.

On s’explique d’une manière naturelle le fait que les rayons magnétiques deviennent plus longs lors- qu’on augmente l’intensité du champ, en rcmarquant que la région, celle-ci est à peine suffisante pour donner quelque stabilité aux étoiles doubles électron- ion positif, se trouve nécessairement de plus en plus éloignée de la bobine. M. Villard a vu dans ce fait la manifestation d’une force motrice agissant sur les

rayons et provenant du champ ; mais l’explication précédente pourrait suffire.

Il est vraisemblable, toutefois, qu’une force de cette espèce intervienne. Elle s’explique tout naturellement dans mon hypothèse par le fait, que le sens dans le-

quel l’électron tourne autour de l’ion dans les couples

tournants, auxquels le champ confère quelque stabi- lité, est tel que ces couples doivent se comporter

comme les molécules d’un corps diamagnétique.

Avant de décrire les expériences destinées à l’étude

de lu colonne rose ou rouge EF, il me faut résumer

les résultats obtenus cn mesurant la différence de

potentiel des électrodes du tttbe’ .

On peut dire, d’une manière générale, que lors-

qu’on augmente peu à peu, en partant de zéro, l’in-

tensité du champ magnétique, on observe une petite augmentation graduelle du potentiel de décharge.

Mais à un certain moment, et généralement d’une

manière soudaine, on constate une augmentation très rapide. C’est a ce moment qu’apparait la bande lumi-

neuse de Plücker, c’est-à-dire que les rayons magné- tiques font leur apparition. Si l’on continue à aug-

tiw, mais aussi l’espace obscur de Crookes. Le faisceau lumi-

neux dont on parle dans le texte devra donc être considéré

comme un épanouissement de la deuxième couche négative, ou peut-ètre comme un de ces faisceaux cathodiques qui se forment, quand un tube à décharge présente un étranglement.

1. C. Il. de l’Acad. R. des Lincei. 5 juin 1909.

(9)

menter l’intensité du champ, le potentiel de décharge,

a un certain moment, présente une diminution plus

ou moins brusque, après quoi on observer une aug- mentation lente, comme celle observée d’abord pour les valseurs faibles du champ magnétique. La diminu-

tion du potentiel a lieu précisément lorsque les rayons

magnétiques s’anaiblissent ou disparaissent tout à fait,

le tube reprenant il peu près les niêmes apparl’l1ces que sans champ magnétique.

Ainsi 1 on peut juger de la présence ou de l’absence des rayons magnétiques sans voir le tube. Les deux

valeurs critiques du champ magnétique, c’est-à-dire celle par laquelle les ravons magnétiques prennent naissance, et celle par laquelle ils disparaissent, et en

méme temps la rapidité par laquelle ces changements

ont lieu, dépendent de circonstances nombreuses,

comme la forme et les dimensions du tube, la pres-

sion de l’air qu’il contient, l’intensité du courant qui

la traverse, etc. Le plus souvent, on ii’arrine à con-

staler que l’un des deux phénomènes. Il peut se faire, par exemple, qu’à partir des plus faibles inten-

sités du champ, on observe les rayons magnétiques,

sans que l’on puisse indiquer la valeur du champ critique minilnum; alors il est facile d’arriver à la valeur critique maximum, et observer ainsi la dispa-

rition plus ou moins rapide des rayons magnétiques.

D’autres fois, au contraire, ces raflons se présentent brusquement pour une valeur assez élevée du champ,

et alors il peut se faire que l’on ne puisse pas atteindre

pratiquement la valeur du champ qui les ferait dispa-

raîlre.

9. Pendant ces expériences, le tube fait entendre

un son aigu et généralement faible, dont la hauteur diminue cn augmentant l’intensité du champ. Ce phénomène révèle et mesure la discontinuité de la

décharge. Il suffit d’observer le tube dans un miroir tournant pour constater que, pendant que sans champ magnétique la décharge est, ou mieux, parait être

continue, elle est sans doute intermittente lorsque le champ agit sur e!!e, et que sa période croît en même temps que le champ.

On peut tenter l’explication de ce fait et du précé-

dent (augmentation du potentiel de décharge) de la

manière suivante. Ceux des électrons, qui forment

avec des ions positifs les étoiles doubles, manquent partiellement a leur fonction d ioniser le gaz, d’oû

un ralentissement dans les phénomènes qui consti-

tuent la propagation du courant. La différence de po- tentiel doit donc s’élever; mnis, en même temps, l’intensité du champ électrique augmentera, et s’op-

posera de plus en plus ;l la stabilité des couples tour-

na n Ls. A un cerl ain moment, cette suspension par- tielle dll mécanisme de la décharge devra donc cesser,

après quoi la même succession de phénomènes devra

se répéter indétint ment.

10. Pour éclairer la nature des phénomènes lumi-

neux qui apparaissent dans les tubes de la forme,

ceux de la fig. 5, j’ai étudié les modifications qu’ils présentent, lorsqu’on approche le pôle d’un électro- aimant dont l’axe est perpendiculaire à l’axe du tube.

Si la nouvelle bobine est approchée au tube, près

du faisceau BE, ce faisceau change de forme en raison

du changement de la forme des lignes de force ma- gnétique. Par exemple, lorsque le pôle approché au

tube est de nom contraire à celui du pùle de la bo-

bine fi tourné vers le tube, le faisceau se dirige vers

la nouvelle bobine. Naturellement, ce phénomène s’explique aussi par la théorie généralement admise.

les trajectoires des électrons devenant des courbes semblables à des hélices enroulées autour des lignes

de force. Mais il n’en est pas de même de la particu-

larité suivant, que maintes fois j ai nbservée. Si les

deux bobines sont parcourues par ull même courant

magnétisant, et si on augmente beaucoup son inten- sité, on peut admettre que la forme des lignes de

force ne varie pas. En effet, il semble qu’on puisse ne

pas tenir compte de la circonstance, que le champ du

aux noyaux des bobines n’augmente pas dans le même

rapport que le champ du à leurs enroulements.

Or, cette augmentation de l’intensité du courant

magnétisant a pour conséquence une plus forte cour-

bure du faisceau lumineux qui va d’un pôle de l’une

des bobines au pcjle de l’autre. Cela paraît déllontrer

que le faisceau des rayons magnétiques a seulement

d’une manière approchée la forme d’un tube de force

magnétique. Le caractère de ces rayons est analogue,

et a vraisemblablement une cause analogue à celui

que révèlent mes expériences sur les ombres élec-

triques dans l’air a la pression ordinaire, oit en effet les ions en mouvement ne suivent que d’une manière

approchée les lignes de force électrique.

Pendant que le faisceau nE est ainsi courbé jusqu’à

rencontrer la paroi du tube, un nouveau faisceau faiblement lumineux apparaît d’ordinaire, qui semble

constituer une espèce de réflexion des rayons magné- tiques sur la paroi. On indiquera plus loin d’autres

phénomènes de même espèce. Quant à la colonne F.F, elle devient plus pâte ou disparaît. Mais si le tube

porte une large ramification inclinée, de manière que

le faisceau recourbé dt’s rayons magnétiques se dirige

vers elle. la colonne EF se forme avec tout son éclat dans le nouvel espace lpli lui est offert.

li. On obtient des effets très différents de ceux que l’on vient de décrire, la nouvelle bobine

est (lui tube près de la colonne EF.

Il faut avant tout établir que avec les

à décharge ordinairement employés pour ces expé- riences, la région EF du tube ne se

pas du champ magnétique crée par LI bobine R. ou

du moins que le champ produit par la bobine appro-

(10)

chée latéralement au luil)(-- fi une action tout a fait

prédominante.

Si d’abord la bobine approchée latéralement au tube se trouve près de E. la portion contigue de la

(ion de sens contraire. On peut énoncer ces résultats

en disant que la colonne lumineuse EF se comporte

comme la colonne positive d’un tube, dans lcqucl il

y aurait une anode quelque part entre E et F, et deux

Fig. L 5. 6.

colonne lumineuse EF change de forme, et devient courbe tout en restant dans un plan perpendiculaire

;t l’axe de la bobine. Si alors on déplace (’eUe-ri de E

vers F, la déformation diminue peu ;’1 l’l’H. puis elle disparait, ou plus exactement elle est substituée par

un dédoublement, et, enfin lorsque la bobine arrive

assez près d(, l’extrémité F. on observe une déforma-

cathodes aux extrémités. J’appelle anode virtuelle cette anode qui semble exister dans le tube sur le pro-

longement du faisceau de rayons magnétiques.

Les figures 4, 5 et 6 donneront une idée des phé-

nomènes que je viens de décrire. Elles sont la repro- duction de trois photographie, choisies parmi celles

très nombreuses, que j’ai exécutées au cours de mes

(11)

rechercha. Dans la figure 1 on ;nil la décharge lunmi-

neuse obtenue sous l’action do la bobine (dont a droite dans la fi gure on voit la partie voisine du tUBe)..

mais sans que la bobine mobile soit approcliée au

tube. La ligure à rnontre la déformation de la colonne ronge’ EF de la figure 5), lorsque la deuxième bobine est placée près du tube au voisinage de la région indiquée par E dans la figure 7). Enfin la

figure 3 présente l’euet donné par la bobine latérale

placée près du l’extrémité de ladite colonne de lumière (vers le point F de la figure 3).

Ce résultant trouve dans l’hypothèse proposée son explication la plus naturelle. Les ions positifs et les

électrons, flui restent. libres a cause de la destruction continuelle des couples tournants qui a lieu dans les rayons magnétiques, ne peuvent pas tous constituer

Fig. 7.

peu après de nouveaux couples, mais une certaine partie, d’autant plus grande que l’on considère qu’une région plus éloignée de la bobine Il, restera libre. Ces

électrons et ces ions positifs se déplaceront encore,

de préférence suivant la direction de B a F, en perdant

peu a peu leurs vitesses par collision avec les molé- cules gazeuses. L anode virtuelle sera constituée par les ions positifs. Et comme le phénomène de la décharge dans le champ est intermittent, ce sera

pendant que dure la phase d’arrêt de la formation des rayons magnétiques, que la décharge entre

l’anode Nirtuelle est les charges négatives des extré-

nlitcs du tube aura lieu. La place occupée par l’anode virtuelle n’est donc que celle ou sont arrivés lesdits

sont dues il des électrons des rayons cathodiques est magnétiques, parvenus jusque-là.

Si l’on modifie la pression de l’air dans le tube ou l’intensité du champ magnétique, on reconnaît, en observant l’effet produit par la bobine mobile, que le lieu occupé par l’anode i-irtuelle change de place,

et que ces changements ont lieu précisément de la

manière que l’explication qui précède fait prévoir.

Ainsi, si l’on augmente la pression de l’air, les ions positifs doivent arriver moins loin de la cathode. et

par conséquent 1 anode virtuelle doit se trouver dé-

placée verts la droite; c’est précisément ce que l’on vérifie par l’expérience. Dt’ même, si l’on augmente l’intensité du champ, les ions positifs doivent par- venir jusqu’à une plus grande distance de la cathode;

et, en effet, l’expérience montre que l’anode virtuelle est alors déplacée vers la gauche.

De nouvelles expériences semblent confirmer l’exis- tence de l’anode virtuelle1. J’ai employé un tube très long à l’intérieur duquel on pouvait déplacer une

sonde communiquant avec une des bornes d’un gal-

vanomètre, dont l’autre borne communiquait avec la

terre. Ou encore le tube porte un certain nombre de sondes fixées a travers la paroi sur une de ses géné- ratrices, et qu’on met l’une après l’autre en commu-

nication avec la terre par l’intermédiaire du galvano-

mètre. Lorsque la sonde employée est dans l’anode

virtuelle, la déviation est beaucoup plus forte que

dans les autres cas. Comme la sonde fonctionne

comme cathode dans le tube, il faut atténuer cette

cause d’erreur en employant un galvanomètre de très grande sensibilité et en plaçant entre la sonde et cet appareil une résistance énorme formée par des tubes

capillaires de verre contenant de l’alcool absolu.

12. Si vraiment, comme semble l’indiquer l’expé-

rience du § li, des rayons magnétiques se forment

Fig 8, ions positifs, au moment où la double décharge a li,pu. La figure 7 montre d’tiiie manière schématique

la distribution des charges que l’on vient de décrire.

Les charges ii à l’extrémité 110 du tube

aussi au sein des rayons-canaux, on devra pouvoir les

rendre par l’action d’une

deuxième bobine qui crée le champ

20 juin 1909.

Références

Documents relatifs

Les mesures démontrent en réponse à la question posée § 1, qu’il ne se produit pas de rayons y, ni de très pénétrants ni de peu pénétrants, quand des rayons

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Avec unc étincelle DE beaucoup plus petite que celle qui serait nécessaire pour avoir l’étin- celle dans l’appareil, l’aspect de la décharge change. très peu,

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