P. LENARD. — Ueber die Beobachtung langsamer Kathodenstrahlen mit Hilfe des Phosphoreszenz und ueber Sekundairentstchung von kathodenstrahlen (Rayons cathodiques à faible vitesse : leur etude à 1 aide de la phosphorescence. Excitation de rayons secondaire

HAL Id: jpa-00240914

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00240914

Submitted on 1 Jan 1904

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Kathodenstrahlen mit Hilfe des Phosphoreszenz und ueber Sekundairentstchung von kathodenstrahlen (Rayons cathodiques à faible vitesse : leur etude à 1 aide

de la phosphorescence. Excitation de rayons secondaires par les rayons cathodiques) – Drude’s Annalen der

Physik, t. XII, p. 449-490

M. Lamotte

To cite this version:

M. Lamotte. P. LENARD. - Ueber die Beobachtung langsamer Kathodenstrahlen mit Hilfe des

Phosphoreszenz und ueber Sekundairentstchung von kathodenstrahlen (Rayons cathodiques à faible

vitesse : leur etude à 1 aide de la phosphorescence. Excitation de rayons secondaires par les rayons

cathodiques) – Drude’s Annalen der Physik, t. XII, p. 449-490. J. Phys. Theor. Appl., 1904, 3 (1),

pp.48-53. �10.1051/jphystap:01904003004800�. �jpa-00240914�

48

P. LENARD. 2014 Ueber die Beobachtung langsamer Kathodenstrahlen mit Hilfe

des Phosphoreszenz und ueber Sekundairentstchung von kathodenstrahlen (Rayons cathodiques ^{à faible} vitesse : leur etude à 1 aide de la phosphorescence.

Excitation de rayons secondaires par les rayons cathodiques)

^Drude’s Annalen der Physik, ^{t. XII,} p. 449-490.

Les corps solides émettent, quand ^{ils sont} frappés par les _rayons ultra-violets, des rayons cathodiques qui ^sont caractérisés par ^une vitesse extrêmement faible. Par suite, ^ces _rayons ^sont fort sensibles à l’influence des forces extérieures. Ils sont susceptibles ^néanmoins

de provoquer la phosphorescence, ^{et cette} propriété peut ^{être utilisée}

pour étudier leur marche. L’écran phosphorescent ^{a sur l’électro-}

mètre l’avantage ^de permettre la distinction entre l’électricité elle- même et les particules matérielles, ^{atomes ou} molécules électrisés.

L’électromètre reçoit à la fois l’électricité et les charges ^des parti-

cules rnatérielles : l’écran est sensible seulement à l’électricité,

pourvu que celle-ci ait ^une vitesse suffisante.

Les particules d’électricité (négative) qui peuvent ^être empruntées

à la matière, ^{mais ne se} confondent pas ^avec elle, ^seront désignées

sous le nom de charges élémentaires (Elementarqtianten) ^leur trajectoire ^{constitue un} rayon cailodique. ^{Les atomes ou groupes}

d’atomes électrisés s’appelleront véhicules matériels de l’électricité ou, par abréviation, véhicules (2).

iVé1liode expérimentale.

Le caractè re essentiel de 1"appareil ^est

de permettre d’augmenter ^{ou de} diminuer la vitesse initiale des- rayons, ^ou bien la vitesse avec laquelle ils arrivent sur l’écran. A

cet effet, ^{on a} disposé ^{en avant} de la cathode U (fi g, ^{1 j et en avant de}

l’écran m parallèlement ^{à leur} plan ^{une toile} métallique. ^{Ces toiles} métalliques ^{E et s à} mailles très fines sont maintenues constamment

en communication électrique ^avec le sol. En chargeant la cathode (ou l’écran), ^{on crée entre cette cathode et la toile} métallïclne ^{voisine un} champ électrique. Suivant le sens de ce champ, les rayons catho-

diques qui ^le traversent éprouvent ^une aug mentation ^{ou une dimi-}

nution de vitesse. Dans l’intervalle compris ^entre les deux tciles

métalliques, ^aucun champ n’agit ^{sur la} propagation des rayons (31.

(1) Ce sont-les éleclrons des mémoires anglais ^récents.

(’) Ce sont les ions des mémoires anglais ^récents.

(e) ^En réalité,

faible fraction du champ ^créé

avant de la cathode

de l’écran pénètre ^{dans cet} intervalle, parce que les toiles

forment _{pas écran}

électrique complet.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:01904003004800

Les rayons ul tra-violets réflcéchis ^{sur la} cathode arrivent sur l’écran

et provoquent ^{sur toute son étendue une} phosphorescence pâle. ^Mais

cela n’empêche pas d’observer la tache produite par les _rayons

cathodiques, quand la vitesse de ceux-ci atteint 1 000 volts (’ ) .

FiG. 1.

Quand la vitesse des rayons (potentiel ^{U de la} cathode) ^{tombe au-}

Jessous de 500 volts, ^{la tache ne se voit} plus ^{sur le fond} de l’écran.

Mais on peut la rendre visible en accélérant la marche des rayons

.au moyen d’un champ ^{créé entre P- et} 1>.

.L:-1ction du champ magnétique.

^La déviation de la tache provo-

quée par ^un champ magnétique ^est de l’ordre de grandeur prévu

pour les rayons cathodiques. ^{La valeur déduite de cette déviation}

pour le rapport 03B5 03BC (2) ^{concorde avec celle} qu’ont donnée les expé-

riences électrométriques.

Relations entre l’éclat de la l)hosphorescence ^{et la} vitesse des rayons.

Si l’on maintient constante la somme des potentiels ^{U et} o, ^l’éclat de la tache phosphorescente ^donue une mesure de l’intensité des (1) ^On exprime les vitesses par les potentiels (Cf. le mémoire précédent), ^{J. 7?}

1) It ys., ^il sér ie, ^t. 1, p. ^{778 et} suiv. ; 1902.

(2) C’est ^le rapport e in des mémoires anglais.

50

rayons cathodiques. ^{De U}

^{4000 à U}

^{1 000 volts,} >ol értat est à peu près constant et très grand ; ^{au dessous, il décroît on même} temps que le potentiel ^U.

On peut ^encore rendre visible la phosphorescence provoquée par les rayons de faible vitesse, ^en concentrant les rayons ^sur l’axe du tube. On _y arrive en disposant ^{une bobine} magnétisante ^{dont l’axe}

et par conséquent ^les lignes ^{de force sont} parallèles ^à l’axe du tube.

Il se forme sur le faisceau des noeuds et des ventres. L’apparition ^de

ces noeuds prouve que ^ces rayons cathodiques ^à marche lente repré-

sentent le mouvement des mêmes charges élémentaires qui ^consti-

tuent les rayons rapides, ^{et non} des véhicules matériels.

Quand ^un faisceau de rayons ^est incliné sur la direction du champ,

sa trajectoire ^{devient une hélice,} conformément à la théorie. On le vérifie en observant la forme que prend ^{la tache} phosphorescente, lorsqu’on ^fait glisser ^{la bobine} magnétisante ^le long du tube. La tache se présente ^sous forme d’un ^arc de cercle qui ^{tourne sur le}

cercle à mesure qu’on déplace ^{la bobine.}

En accélérant les rayons dans le champ entres et (1) et en les con- centrant à l’aide de la bobine, ^on _peut rendre visible la phosphores-

cence provoquée par des rayons qui ^{ont été retardés entre U et E en}

donnant ^une charge positive ^{à U. Ainsi,} quand 03A6 ^{est maintenu au} potentiel ^{de 4000 volts, la tache est visible encore} quelque peu

quand ^le potentiel ^{de U est} + ^{1 000} volts, ^mais disparaît quand ^U

est égal ^{à 2 000 volts.}

Toutes les vitesses peuvent ^{être annulées} par ^un champ retardateur d’intensité suffisante, ^sans qu’aucun phénomène ^nouveau apparaisse

sur l’écran.

Transparence ^{des solides.}

Les solides sont très peu transparents pour les rayons lents ; ^{cela est en accord avec} le fait observé sur les rayons rapides que l’absorption ^{croît avec la} déviabilité. La masse

n’est plus ^un facteur aussi important pour l’absorption que dans le

cas des rayons rapides.

Intensité de la phosphorescence. - Pour évaluer l’intensité de la

phosphorescence, ^on compare l’éclat de la tache ^à celui du fond de l’écran. On amène ces deux plages ^à l’égalité photométrique, ^en

faisant varier l’éclat du fond, la vitesse des rayons ^ou leur densité.

Par densité des rayons, il faut entendre la quantité d’électricité

négative ^{libre, sans véhicule} matériel, qui ^traverse l’unité de section

pendant l’unité ^de temps.

L’intensité de la phosphorescence ^est proportionnelle ^{à la densité}

des rayons. En effet, l’égalité photométrique ^une fois établie subsiste

quand ^{on écarte ou} rapproche ^de U l’arc zinc-charbon qui fournit les rayons ultra-violets.

La densité des rayons ^restant constante, l’éclat de la phosphores-

cence est proportionnel ^à la vitesse des _rayons, diminuée d’une cons-

tante v..

Au-dessous de cette vitesse limite _{vo’ si} on concentre fortement les rayons ^à l’aide de la bobine mag nétisante, l’écran s’illumine fai-

blement, ^{son éclat} augmente peu ^à peu jusqu’à ^un maximum, ^bien

inférieur d’ailleurs à l’éclat atteint dans le premier ^cas.

La constante v. dépend de la substance phosphorescente employé

elle est la plus ^faible (300 volts) pour ^la dissolution solide, CaS, Bi, Na2S202.

Le rendement lumineux est très Plevé : on obtient 10 unités Hefner à incandescence par watt, tandis que la lampe ^{donne 0,3 Hefner seu-}

lement par ^watt. Cela tient à ce que la répartition ^de l’énergie ^n’est

pas la ^même dans les deux spectres.

émission2 secondaire de rayons cathodiques ^{dans les} gaz.

Les rayons cathodiques rendent conducteur le gaz qu’ils traversent. Il ne

semble pas que les véhicules ainsi mis en liberté proviennent ^des

molécules qui ^{ont fixé les} charges élémentaires, ^{car leur nombre} peut ^être supérieur ^de beaucoup à celui de ces molécules. Il faudrait admettre que les charges élémentaires sont capables ^{de traverser}

nombre de molécules gazeuses ^sans que ^leur trajectoire ^s’incurve

d’une façon ^{sensible et un nombre encore} plus grand ^{avant d’être}

absorbées, c’est-à-dire fixées par ^une molécule.

Les gaz monoatomiques, l’argon par exemple, deviennent conduc- teurs comme les autres. La formation des molécules ^ne peut ^donc consister dans une dissociation des véhicules ; ^il paraît indiqué plutôt

de la regarder ^{comme résultant de la} séparation ^de charges ^élec- triques élémentaires d’avec les atomes eux-mêmes.

Il est commode de considérer deux phases ^{dans le} phénomène. ^La première phase ^{serait une} émission secondaire de rayons catho-

diques ^dans le gaz : les rayons cathodiques, ^{incidents ou} primaires,

traversant les molécules _{du gaz,} en chassent des charges ^élémen-

taires. La deuxième phase consisterait dans l’absorption ^{de ces}

rayons secondaires _{par le} gaz.

Au moyen d’un écran, ^on protège ^{contre les} rayons ultra-violets

52

réflécllis et contre les rayons cathodiques primaires, ^{l’une des n-ioiliés}

de l’écran phosphorescent. ^{Càette moitié reste obscure et ne s’illu--}

mine que si l’écran ^est chargé. ^C:ettc phosphorescence aug mente quand ^{on fait croître} la vitesse des rayons primaires. Elle n’est donc pas due ^aux rayons primaires diffus. Elle est déviée par le champ magnétique beaucoup plus que la tache due ^aux rayons primaires.

Puisqu’il y ^a absorption ^dans le gaz, ^il s’y ^trouve des véhicules

négatifs. ^{Si ces} véhicules étaient des molécules de gaz portant ^une

ou plusieurs charges élémentaires, ^sous l’action simultanée du

champ électrique ^{et du} champ magnétique perpendiculaires ^entre

eux, ils seraient moins déviés par ^ce dernier que les rayons catllo-

diques rapides. ^{Dans la} région ^{où ils} rencontrent l’écran, ^celui-ci

reste obscur : les véhicules n’excitent donc par la phosphorescence (au ^{moins cette} phosphorescence ^est négligeable vis-à-vis de celle que produisent ^les charges élémentaires).

On réussit encore à séparer les rayons secondaires des rayons pri-

maires diffus, ^en les déviant au moyen d’une petite plaque ^métal- lique électrisée ; ^les premiers ^sont beaucoup plus déviés que les seconds.

Pour apprécier ^le degré ^du trouble du gaz vis-à-vis du rayonne- ment cathodique, ^on examine les bûrds de la taclle phosphorescente, produite par le faisceau qu’on ^a limité par ^un diaphragme. Ces bords . deviennent plus ^{flous à mesure} qu’on diminue la vitesse des rayons.

Ou encore, ^{on concentre} les rayons ^au moyen de la bobine magné-

tisante et on observe les noeuds qui ^{se forment} plus ^{on moins}

nettement.

Dans l’air aux pressions comprises ^entre omm ,04 ^et Omm ,01,

^les

rayons dont la vitesse dépasse ^{100 volts} parcourent ^un trajet ^de

3 centimètres sans se diffuser d’une manière appréciable. ^Au-dessous

de cette vitesse, ^{ils se} diffusent d’autant plus que la vitesse ^est plus

faible.

Pour évaluer l’intensité du rayonnement secondaire et aussi le

pouvoir absorbant de l’air, ^on emploie ^{une méthode} photométrique.

L’écran est divisé en deux plages hémicirculaires contiguës, ^l’une

recouverte de la substance phosphorescente, mélangée ^d’un peu de charbon, l’autre cle carbonate de baryum ^non phosphorescent. ^{Si on}

fait arriver sur l’écran les rayons ultra-violets réfléchis par 1 a cathode,

la première ^moitié paraîtra plus sombre. S’il existe, ^en outre, ^des

rayons cathodiques, ^la phosphorescence augmentera l’éclat de cette

plage de l’écran et, pour ^une certaine intensité des rayons, les deux

plages prendront ^{le même} éclat. On pourra déduire de là, d’après ^ce qu’on ^{a vu,} la densité des rayons cathodiques ^reçus par l’écran.

Pour séparer ^{l’effet de} l’absorption ^{et celui du} rayonnement ^secon- daire, ^{il faut effectuer} quatre expériences, deux dans le vide et deux dans le gaz, ^avec deux écartements Um différents.

Comme dans le cas des _rayons rapides, ^le pouvoir ^{absorbant de}

l’air croît à mesure que la vitesse des _rayons diminue. Pour les rayons ^{dont la} vitesse est 1000 volts, le coefficient d’absorption ^de

l’air à la pression ^{de 1} millimètre est 2,8, ^soit à peu près égal ^{à celui}

de l’air atmosphérique pour les rayons qui ^{sortent dc la fenêtre}

d’aluminium.

Le rapport ^entre la diffusion et l’absorption ^{est à peu} près ^{le même}

pour les rayons rapides ^{et les} rayons lents.

Le nombre des charges élémentaires amenées à l’état de _rayonne- ment secondaire par ^une charge élémentaire primaire ^{dans son}

mouvement à travers l’interv alle U E, ^{est très} grand, relativement à ce

qu’on pouvait ^supposer.

Si ces charges proviennent ^{d’une même} molécule de gaz, le résidu serait un véhicule positif portant plusieurs charges élémentaires. Or

jusqu’ici ^on n’a pas constaté l’existence de pareils véhicules : au

contraire, les véhicules positifs ^ont toujours ^une charge ^{très faible} comparée ^{à leur masse.} On serait conduit plutôt ^{à admettre} qu’un

véhicule positif ^une fois formé devient lui-même ^un centre d’émission de charges élémentaires négatives.

En mesurant la quantité d’électricité transportée ^à l’aide d’un gal-

vanomètre, ^on vérifie que le rayonnement secondaire n’est accom-

pagné d’aucune dissociation de molécules analogue ^{à la} dissociation

électrolytique.

L’intensité des rayons secondaires croît rapidement quand ^la

vitesse des rayons primaires ^{atteint 11} volts, à peu près ^{comme cette}

vitesse. L’accroissement est ensuite moins rapide, car, ^entre 100 et 2000 volts, l’intensité des _rayons secondaires reste à peu près ^cons- tante ; ^au delà, elle diminue de nouveau. maximum paraît ^se pro- duire ^aux environs de 2000 volts.

Il n’y ^a pas de raison de croire _{que le} rayonnement secondaire soit lc privilège des gaz. Il doit ^se produire aussi dans les solides, ^{et c’est}

ce crue démontrent sans doute les expériences ^de MM. Austin et

Starke. M. LAMOTTE.