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Submitted on 1 Jan 1923
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Variations du gourant thermionique dans l’hydrogène sous faible pression
Laporte
To cite this version:
Laporte. Variations du gourant thermionique dans l’hydrogène sous faible pression. J. Phys. Radium,
1923, 4 (10), pp.370-375. �10.1051/jphysrad:01923004010037000�. �jpa-00205109�
VARIATIONS DU GOURANT THERMIONIQUE DANS L’HYDROGÈNE
SOUS FAIBLE PRESSION par M. LAPORTE Institut du Radium.
Dans le but de déterminer le potentiel d’ionisation de l’hydrogène,
par une méthode différente de celles utilisées jusqu’ici, j’ai été amené à
faire, au préalable, un certain nombre d’observations sur les variations du courant thermionique dans l’hydrogène avec la pression de,ce gaz.
L’appareil se compose d’un tube de quartz. Dans ce tube les élec-
trons, émis par un filament de tungstène porté à l’incandescence et tendu suivant l’axe d’un cylindre de molybdène, sont accélérés par un champ électrique établi entre le filament et le cylindre. L’hydrogène est obtenu par
chauffage osmo-régulateur de Villard, avec une flamme de gaz d’éclairage ;
ce procédé donne de l’hydrogène très pur, le vide est fait avec une pompe Gaede à mercure, une jauge de Mac-Leod permet de mesurer la pression,
ces appareils sont séparés du tube de quartz par des pièges à air liquide.
Pour éviter les vapeurs de graisse, il n’y a aucun robinet entre le piège à
air liquide et le tube, des tubes à anhydride phosphorique absorbent
l’humidité. Les courants thermioniques sont mesurés avec un milliampè-
remètre à plusieurs sensibilités.
L’appareil ayant été vidé et rincé plusieurs fois à l’hydrogène durant
l’incandescence du filament, les phénomènes observés sont les suivants : si l’on maintient fixes le courant de chauffage du filament et la différence de
’
potentiel filament-plaque, le courant électronique filament-plaque ne reste jamais constant, simultanément la pression du gaz augmente.
Comme les mesures de potentiel d’ionisation d’un gaz doivent de toute nécessité se faire dans une atmosphère du gaz étudié, il est difficile de purger une fois pour toutes le filament, le cylindre et les parois du
tube des gaz occlus, et d’éviter au cours des mesures les variations de
pression. Il convenait donc d’en étudier préalablement les effets.
Le vide initial étant réalisé aussi parfaitement que possible (10 - 4 mm cle Hg) la pression s’élevait dans l’appareil de un centième de mm
de mercure environ par minute de chauffe. Des effets analogues à ceux
obtenus par dégagement gazeux dû au chauffage du filament, peuvent
être obtenus plus rapidement en introduisant de l’hydrogène au moyen de
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01923004010037000
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l’oslTIo-régulateur. Ces variations. de pression, quoique faibles, produisent
des variations importantes des courants thermioniques.
Les effets de la pression sont différents suivant que l’on se trouve au- dessous ou au dessus du potentiel d’ionisation.
Si l’on opère avec des différences de potentiel faibles, quelques volts,
7 volts par exemple, les variations du courant électronique sont repré-
~
Fib. !b
sentées par des courbes telles que la courbe 1.
eOn voit que le courant est maximum pour les pressions les plus faibles qu’il était possible de réaliser,
soit 10 -4 mm de mercure environ, puis que ce courant décroît lorsque la pression augmente. Le courant maximum était de 70 centièmes de milli-
ampères, il était réduit de moitié pour une pression de 3 dixièmes de mm
de mercure environ.
Si l’on opère sous une tension supérieure au potentiel d’ion’isation, la
forme du courant est différente, elle est représentée par une courbe telle que 2, obtenue sous 18 volts. Le courant croit d’abord lentement avec la
pression, puis présente une croissance extrêmement brusque, puis, après
un maximum très aigu, le courant décroît à nouveau lentement lorsque la pression continue à augmenter.
Parti, par exemple, de 2,5 milliampères, le courant croît lentement
jusqu’à 6, puis brusquement jusqu’à 23 et décroit à nouveau. La pression
Fig. 2.
qui correspond au maximum était de 0.09 de mm de mercure environ-
,
Entre ces deux cas extrêmes, on observe, pour des tensions intermé-
diaires, toutes les graduations intermédiaires, le maximum étant d’abord peu marqué.
Il est clair que si l’on veut déterminer les discontinuités du courant
dues aux seules variations de tension, en vue de déterminer les potentiels
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d’ionisation, il conviendra d’opérer dans des conditions romparables en ce qui concerne les pressions.
Dans ce but, j’ai opéré sous différentes tensions, à chauffage constant,
en suivant pour chaque tension les variations de courant dues aux seules variations de pression, à partir d’une pression aussi faible que possible.
Les résultats obtenus sont représentés par l’ensemble des courbes I, II, III.
La courbe 1 représente, en fonction de la tension, les variations du courant électronique mesuré au début de chaque expérience avec un vide
’
aussi parfait que possible dans l’appareil. Cette forme de courant est la forme bien connue des émissions thermioniques pures à chauffage
constant.
La courbe II représente les courants maxima obtenus sous chaque
tension en laissant varier la pression, c’est-à-dire les courants qui corres- pondent aux conditions les plus favorables de pression pour un champ électrique déterminé, dans un appareil de dimensions déterminées.
On voit que cette courbe II se sépare lentement de la courbe 1 au voi-
’
sinage de 14 volts, puis brusquement vers 17 volts. Cette séparation est
évidemment due aux effets d’ionisation. La courbe III obtenue en faisant la différence des ordonnées précédentes permet de se rendre compte plus
clairement des effets dus à la seule ionisation.
On voit que cette courbe débute vers i4 volts et présente une brusque
montée vers 17 volts, ce sont des valeurs voisines de celles adoptées pour les potentiels d’ionisation respectivement de l’atome et de la molécule d’hydrogène. Ces valeurs devraient être diminuées pour tenir compte des
vitesses d’émission des électrons, et augmentées du fait que les différences de potentiel portées sur l’échelle des tensions sont celles appliquées
entre le cylindre et l’extrémité négative du filament. La chute de potentiel
le long du filament était de i , 6 V, la différence de potentiel entre le
milieu du filament. partie la plus émissive car la plus chaude, et le cylindre
était donc inférieure de 0,8 V.
Ces deqx corrections se compensent approximativement, autant qu’on peut évaluer la première d’entre elles.
Il ressort de ces expériences que les seules variations de pression peuvent donner des variations de courants électroniques comparables à
celles que produisent les variations du champ. En opérant sous des pres- sions favorabaes les variations dues aux variations de champ sont extrê- mement nettes.
On peut chercher dans quelle condition de pression il faut se placer
pour que l’ionisation par choc soit aussi intense que possible à une tension
voisine de la tension d’ionisation. Le début de l’ionisation sera ainsi aussi marqué que possible.
Soit 1 le ,libre parcours moyen de l’électron dans l’hydrogène, il est
inversement proportionnel à la pression. On peut facilement le calculer
sous différentes pressions. En supposant, en effet, les dimensions de l’électron négligeables vis-à-yis des dimensions de la molécule d’hydrogène
ce parcours est 4/ fois plus grand que celui de la molécule de 1’»ydI-o-
,
