Nouvelles recherches sur le potentiel de décharge dans le champ magnétique

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Submitted on 1 Jan 1911

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A. Righi

To cite this version:

A. Righi. Nouvelles recherches sur le potentiel de décharge dans le champ magnétique. Radium

(Paris), 1911, 8 (4), pp.135-139. �10.1051/radium:0191100804013500�. �jpa-00242462�

Nouvelles recherches ^sur le potentiel ^de décharge

dans le champ magnétique

Par A. RIGHI

(Université ^de Bologne.

Laboratoire de Physique.]

1. Compléments ^aux expériences ^{sur les}

tubes à raréfactions moyennes. - ^{Dans une} pu- hlication précédente j’ai ^étudié l’influence du champ magnétique ^{sur la} différence de potentiel ^nécessaire

pour que la décharge ^ait lieu dans l’air à raréfaction moyenne (pression ^dc quelques ^{dixièmes de} mm.) ^et

avec des électrodes ayant ^{la forme de} disques parallèles

entre eux. Lcs résultats de mes me- sures très nombreuses furent rehré-

sentés au m01 en de certaines courbes, ayant pour abscisses ^les intensités du

champ magnétique ^et pO:1r ordonnés les valseurs du potentiel ^de décharge.

Ces courbes donnent une idée très claire des (nets dus au champ, ^{et en} particulier ^{elles rnontrent dans} quelles

circonstances la création d’un champ magnétique ^fait apparaître ^la décharge,

si auparavant ^{elle n’existe} pas, ^on la fait disparaitre ^si elle existe déjà. ^Les

mêmes courbes montrent aussi l’exis- tence d’un champ optimum, ^c’est-à-

dire d’ une valeur particulière ^à laquelle correspond le moindre potentiel ^{de dé-} charge. ^{Cc fait,} qui ^{n’est pas sans une}

certaine importance, ^{a été confirn,é}

par M. Bloch’.

Dans le travail cité je ^{me suis li-} niité, ^non seulement à ^un certain ordre due grandeur ^{de la} raréfaction, ^mais

aussi à des petites ^{valeurs de la dis-}

tance entre les électrodes. Une partie

de mes nouvelles expériences, ^et prc-

cisément celles relatées dans ce _pre- mier paragraphe, ^se rapportent ^{au cas}

ou la distance entre les électrodes est

plus grande que la distance critique.

La disposition expérimentale adoptée ^{est la nnmc}

que dans les expériences précédentes, ^sauf quelques

modifications de détail.

Comme mes expériences avaient montré que, dans certains _cas, le champ produit ^une augmentation ^du potentiel ^de décharge, j’ai ^eu l’idée que peut-être, ^si

1. nend. dc l’Acad. noy. ^de Bolognc, 20 Mai t010. lié- sumé daiis le Radium, ⁷ (1910) ^215.

2. Le Radium, ⁸ (1911) ^52.

je n’avais observé que des effets très petits ^{avec de} grandes ^{distances entre les} électrodes, ^cela dépendait

du fait _que je ^{n’avais cherché que des} dill1inutions de potcntiel. Il fallait donc reprendre l’étude des

phénomènes pour ^les grandes, distances. Mes non-

vellcs recherches ont montré, ^{comme on}

^le voir,

que réellement, pour lcs distances plus grandes que la

distance critique, ^{on observe surtout} l’augmentation

du potentiel ^de décharge.

J’ai elnployé ^{le même} tube, ayant des électrodes circulaircs parallèles ^{entre elles dont l’une est fixe et}

l’autre mobile à volonté, ^avec lequel ^{furent exécutées}

les premières ^des expériences déjà publiées, ^et j’ai

mesuré le potentiel ^de décharge pour différentes va-

leurs de la distance entre les électrodes, et, poor

chaque ^{distance, sous} l’action de champs plus

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191100804013500

disques ^sont parallèles perpendiculaires ^{à la}

force magnétique.

La pression de l’air dans le tube, qui ^{a été fermé} depuis longtemps, ^{est environ} 0,68 ^mm.

Les résultats nun1ériqurs ci-dessus’, qui correspon- dent diverses séries assez complétes ^{de mesures,}

montrcnt l’allure des phénomènes, qu’on ^relève

mieux encore en observant les figures 1 ^et

Dans ces tableaux les colonnes C contiennent les

Fig. 1.

valeurs du champ ^en gauss; les P donnent en volts les potentiels ^de décharge.

Quelques éclaircissements sont nécessaires relative-

Fig. 2.

ment

dessin des courbes des deux ligures’, ^{dont la}

1. Voir page 133.

deuxième.

1)ans chaque ligure les courbes soiii marquées par

une des lettres de A à E, clui correspondent ^aux cinq valeurs, ^de 0,5 ^{mm à 15 mm données à} la distance

cntre les électrodes. Les courbes A et L se rapportent donc au cas de distances plus petites que la distance

critique., ^{car celle-ci est} égale ^{à 6 mm environ; ce}

sont donc seulement les courbes C, D, ^E qui ^corres- pondent ^{au but des} expériences auxquelles ^{est dédié}

ce paragraphe.

Beaucoup d’autres séries de mesurcs, faites dans des conditions semblables, ^ont donné des résultats concordants. J’ni tenu devant moi les courbes corres-

pondantes, lorsque j’ai ^tracé celles des figures ^{1 et 2,}

et cela a été très utile chaque ^{fois que les} points

déterminés expérimentalement ^se trouvaient être ^sur

une même courbe trop éloignés l’un de l’autre.

Par l’examen dcs courbes C, D, E, ^on _{voit que} l’effet principal ^du champ ^{est une} augmentation ^du potentiel ^de décharge. ^{Cela est} particulièrement ^lnar- qué ^{dans le cas de la} figure 2, ^dans lequel ^{le tube}

est placé de manière _que les électrodes soient paral-

lèles aux lignes ^{de force} magnétique.

La difficulté d’expliquer ^{ces faits au} mnyen de la théûric généralement ^{admise est évidente.}

2. L’explication ^admise jusqn’ici, ^et l’expli-

cation nouvelle proposée.

Jusqu’à préscnt ^on

a cherché à expliquer l’influence du champ ^{sur le} potentiel ^de décharge, ^au moyen ^du changement ^de

forme des trajectoires parcourues par les électrons.

Cette explication ^me parait insuffisante pour diverses

raisons.

En prelnier lieu, ^{dans les cas de faible} raréfaction, le chemin moyen parcouru par les électrons ^{étant très}

petit, l’action du champ ^{sur leur} mouvement entre

deux chocs successifs doit produire ^{des effets} pen

prononcés ; ^{et en tout cas on ne voit} pas de quelle

manière rendre compte ^{des faits} constatés, ^et particu-

lièrement des diminutions et augmentations ^de poten-

tiel de décharge, qui ^en général ^se présentent quelle

que soit l’inclinaison réciproque ^des lignes ^{de force} électriques ^{et des} lignes ^{de force} magnétiques.

Il faut observer aussi que, pour rendre compte ^des

cas où, ^la différence de potentiel employée ^étant plus petite que ^le potentiel ^de décharge, ^{celle-ci se} pré-

sente au moment où l’on crée le champ magnétique,

la théorie admise présuppose ^{que, même} lorsque ^le champ n’existe pas, il y ^{a dans le tube un} passage de courant inaperçu. ^{Or, non seulement ce passage}

est peu vraisemblable, ^{mais tous ceux} qui ^{ont voulu}

mettre ell évidence ce courant, préexistant ^{u l’action}

du champ, ^solt arrivés à des résultats négatil’s,

comme j’ai ^{noté dans ma} précédente communication.

Comme ce fuit est d’importance capitalc j’ai ^voulu

l’examiner moi aussi avant d’aborder les recherches nouvelles, ^{et dans ce but} j’ai ^réalisé l’expérience ^sui-

vante.

Ayant ^{mis une des} électrodes du tube en commu-

nication ^{avec un} électromètre à quadrants ^{très sensible} (et momentanément avec la terre) j’ai ^{fait communi-}

quer d’une manière fixe l’autre électrode ^avec un pôle

de la batterie d’accumulateurs, dont l’autre pùle ^était

à la terre. En isolant l’électromètre, je ^n’ai jamais

observé la moindre déviation, ^le potentiel ^fourni par la batterie étant, bien entendu, ^{inférieur au} potentiel

de décharge.

En restant dans le domaine des faits il faut donc convenir, que dans le tube il n’y ^a pas de ^courant sensible.

Cette constatation, _que j’ai fait maintes fois et dans des conditions variées, ^et qui ^{s’accorde avec celles}

d’autres physiciens, ^{nous met dans cette} alternative,

ou d’abandonner la théorie usuelle, ^ou de s’obstiner à admettre une propagation d’électricité précédant

la création du champ, ^bien qu’on ^ne puisse ^{réussir à}

la démontrer par expérience.

Il ne faut pas ^toutefois oublier ce que j’ai ^énoncé

dans mon précédent ^travail, c’est-à-dire _que, au

moment où le tube est introduit dans le circuit, ^{on a}

un courant de courte durée, révélé _par le galvano- mètre, ^{si cet} instrument est inséré dans une des communications entre le tube et la balterie. _{Je pense} que ^{ce courant a} pour ^{cifet la} production ^d’ions positifs ^accumulés près ^{de la cathode et d’ions} néga-

tifs près de l’anode.

Donc, ^bien qu’il ^n’existe pas ^encore de courant dans le tube, ^aux électrodes duquel ^est appliquée ^une

différence de potentiel ^moindre que celle qui ^est

nécessaire à la production ^{de la} décharge, ^{il se}

trouve toutefois dans des conditions différentes de celles qui existaient avant de le placer ^{dans le cir-}

cuit. Je reviendrai plus ^{bas sur ce fait,} qui ^{selon moi}

a une connexion intime ^avec les effets produits par le

magnétisme.

N’ayant pas de conliance dans la théorie ordinaire, j’ai voulu examiner si l’hypothèse ^avancée déjà ^dans

mon précédent ^{travail, suivant} laquelle ^le champ ^ma- .gnétique ^{serait dans} certaines circonstances une cause

d’ionisation, ^se prètait ^{assez bien a} l’explication ^des phénomènes.

Cette hypothèse ^{ne me} parait pas manquer de base. En effet, ^de mênie que lc champ magnétique

sous certaines conditions, peut augmenter ^{ou dimi-}

nuer la stabilité des couples ^{tournants électron-}

ion positif, que j’ai imaginés pour rendre compte ^des phénomènes présentés par les rayons l1lagnétocatho- diqucs (ou rayons magnétiques), il pourra modifier d’une manière analogue ^les trajectoires des électrons

qui ^font partie ^{de la structure des atomes, et} pré-

cisément les rendre plus larges, ^s’il agit ^{suivant cer-}

taines directions. Un exemple ^{aidera à} la clarté.

Considérons dans un atome un électron qui ^tourne circulairement, ^{et créons un} champ magnétique per-

pendiculaire ^au plan ^{de sa} trajectoire, ^et dirigé ^de

manière que la force électromagnétique qui agit ^sur

l’électron soit dirigée ^{du centre de la} trajectoire ^vers

l’extérieur. Cette force tendra évidemment à éloigner l’électron, ^{et si} elle a une intensité suffisante elle pourra, sinon le rendre libre, du moins lui permettre

de ^se séparer ^sous l’action d’une perturbation ^exté-

rieure même ’très ^{faible. Un} champ électrique qui

existe en même temps que le champ magnétique

pourra faciliter ^ce résultat, ^{en dehors du cas} parti-

culier ou la force électrique agissant ^{sur l’électron}

tend à le pousser ^{vers le centre} de l’atome.

Je n’ai pas ^{du tout la} prétention ^{de croire} que ^les faits déjà ^{connus, et ceux} que je ^vais décrire dans la suite de ce mémoire, donnent la démonstration de la vérité contenue dans cette hypothèse; ^{mais il me}

semble _que ces faits présentent ^{un accord assez satis-}

faisant avec les conséquences qu’on peut ^{en tirer.}

En tout cas elle a été pour ^moi l’hypothèse inspira-

trice des nouvelles recherches.

Commc l’accumulation d’ions près ^des électrodes, dont j’ai parlé plus ^{haut, crée} près de leur surface

un chanlp électriquc, pendant que dans les autres

régions ^{du tube le} champ ^{est très} petit ^{ou nul, il me} parait vraisemblable que ^{ce soit là surtout} que le

champ magnétique expliquera ^son action ionisante.

Toutefois c’est surtout près ^{de la} cathode, _{que la} supposée magnéto-ionisation ^{tend à} provoquel’ dans le tube la décharge ^{durable. En effet,} les électrons créés de cette manière, ^{ou du moins ceux d’entre eux} qui échappent ^{à une} neutralisation immédiate _par union à des ions positifs, acquièrent ^{bientôt une vi-}

tesse considérable; ceux, ^au contraire, qui ^{sont créés} près ^{de l’anode, sont bientôt absorbés} par elle ^sans

coopérer ^{à la} décharge.

Ayant adopté ^{à titre d’essai ce} point ^{de vue, il de-}

venait nécessaire de s’assurer encore mieux de l’exis- tence de ces couches d’ions, ^{et se rendre} conlpte ^de

la manière dont elles se produisent, ^et des efiets aux-

quels ^elles peuvent ^{donner lieu.}

3. Courant ou décharge ^de polarisation.

La production ^d’ions, qui ^{restent dans le} tube pen- dant qu’une diff’érence de potentiel, ^moindre que celle nécessaire à la décharge, ^{est établie entre}

^élec- trodes,

^été déduite de la constatation d’un courant

de très courte durée, qui ^{se manifeste au moment où}

l’on établit les communications entre le tube et la batterie, ^et des caractères que présente ^{ce courant.}

Ces caractères sont les suivants. Si l’on illterrompt

le circuit pour

temps très court, pour le fermer aussitôt, ^{ledit rourmot ne se} reproduit ^{pas; mais on}

l’obtient si l’interruption n’est pas de ^courte durée,

ruption ^{a duré} plus longtcmps. ^{Enfin, si l’on ren-}

verse les communications ^au lieu de faire une simple interruption, ^{on obtienc un courant} beaucoup plus

intense qu’à ^la simple fermeture du circuit.

Il me semble que, pour l’explication ^{de ces} phéno- mènes, ^{on doive raisonner colnme suit : les rares} électrons libres, évcntuellement contenus dans le gaz, ^{et ceux} qui peuvent ^{être émis} spontanément par la cathode, déterminent, dès que le circuit ^est fermé,

un commencement de décharge, suivant le procédé

bien _connu, en ionisant par choc des molécules,.

Parmi les ions positifs ^{créés de cette manière, ceux} qui ^{ne restent} pas neutralisés par des électrons se

portent ^{vers la} cathode, pendant que les électrons ^et les ions négatifs (produits par la réunion d’électrons

avec des atomes) ^se portent ^{vers l’anode. Le} champ électrique diminue dès lors dans le _gaz, et finit par devenir nul (sauf ^{sur les} électrodes), ^avec suspon- sion des phénomènes, ^si la différence des potentiels

des deux électrodes est assez petite. ^Le passage du courant est donc promptement ^arrêté.

Les conditions des deux électrodes sont, ^{sous un} certain point ^{dé vue,} analogues ^à celles d’électrodes

plongés ^{dans un} électrolyte ^et polarisés par ^{un cou-} rant. Il faut donc s’attendre à ce que le tube donne

un courant de polarisation lorsque, ayant ^{Ùté les} communications entre la batterie et les électrodes,

on met celles-ci en communication ^avec le galvano-

mètre ; ^{et c’est ce} qu’on ^{observe en effet.}

Cc courant ou peut-être ^{mieux cette} décharge ^de polurÜation, ^{a une durée très} petite, ^{et son intensité} intégrale, c’est-à-dire la quantité d’électricité qui ^la constitue, dépend naturellement : 1° du temps t0 pen-

dant lequel ^{le tube est resté en} communication avec la batterie ; ^{2° du} temps pendant lequel ^{il est} resté isolé avant d’être mis en relation avec le galvanomètre.

Pour une valeur constante de t, la déviation galva- nométrique ^{est à} peu près indépendante ^de to. Ainsi, dans une expérience, pour t0 égal ^{à 1, ou à 15, ou à}

60 secondes, ^{la déviation a été} respectivement ^de 24,

de 25 et de 25,8 ^{mm de} l’échelle de l’instrumenta On voit ainsi combien est rapide la formation des couches d’ions , ^{ct l’on} peut ^admettre que pour t0

^{50 sec. la} polarisation ^{due aux ions est} complète.

D’autre part, ^la disparition ^{de la} polarisation, après

avoir isolé les électrodes, ^{est lente et} graduelle;

mais elle est pratiquement instantanée, ^{si on établit}

une communication métallique ^entre les électrodes.

Pour avoir une idée de la vitesse, ^avec latluelle

la quantité d’ions accumulés près ^des électrodes, diminue à électrodes isolées, il suffit de mesurcr la

décharge ^{avec le} galvanomètre, après que le tube ^a été isolé pour ^un temps plus ^{ou moins} long, ^{et voici}

1. Chaque miiiiinètre correspond a

courant conslant de 4,7). ^10-10 ampère.

de mesures que j’ai effectuées. J’ai employé ^{un tube} (qui ^{sera décrit} plus tard) ayant ^{une cathode} cylin- drique constituée par ^une lame d’aluminium appli- quée ^{contre la} paroi, ^{et unc anode} d ’alun1inium,

cylindrique ^{aussi et} concentrique. ^Au temps ^{1, on} donne successivement lcs valeurs numériques (en secondes), indiquées ^{dans la} première ligne ^{du tableau} suivant, dont la deuxième ligne contient It s dévia- tions galvanométriqucs correspondantes ^{cl, Le} temps 1, ^fut constamment 30 secondes.

La pression de l’air dans le tube était un centiénme de millimètre; la batterie donnait 2450 volts.

La courbe de la figure ^5, qui ^a été tracée en pre- nant t comme abscisse et cl comme ordonnée, ^montre

Fi g. ^3.

comment la provision ^{des ions} dans le tube diminue, d’abord très rapidement, puis ^de plus ^en plus ^lent-

ment. J’ai obtenu dcs courbes semblables avec des tubes d’autres fornlcs et dans des conditions variées.

La destruction graduelle des couches d’ions con-

tigues ^aux électrodes ^a lieu vraisemblablement _par voie de neutralisations réciproques entre eux, ^cu entre les ions et les électrodes. Il _y a donc lieu de

prévoir qu’un champ magnétique puisse expliquer

son influence, ^{à cause} par exemple ^du changement ^de

forme des trajectoires des électrons. Des expériences

instituées dans ce but ont confirmé cette inlïucnce. ,

J’ai employée ^{un inverseur à cuves à mercure bien}

isolées’, _par lequel ^{il était} possible ^{de faire commu-} nicluer ^les électrodes soit avec les pôles ^{des accumu-} latcurs, ^{soit avec lc} galvanomètre. Généralement jc

tenais pendant ^une demi-minute le tube ^en connection

avec la batterie, puis je ^l’isolais pendant ^{10 sec. avant}

1 . Dans toutes les expérience ^{où l’on} emploie beaucoup

d’accumulateurs et

électromètre

galvanomètre ^très sensibles, il f’aut soigner minutieusement l’isolcmcnt des

ductours qui

doivent pas cetiiiiiuniquer

^{la terre. EH} particulier ^{il faut} appliquer ^{à chaud}

couche de cire a

cheler

la surface cxlericurc du tube tout autour des points

par ^{oit sortent} les conducteurs communiquant

les électrodes.

de le faire communiquer ^avec l’instrument de _mesure,

qui, par ^sa déviation, ^{mesurait la} quantité ^{d’ions en-}

core existants. Pendant cette période ^{de 10 sec., alter-}

nativement ou il n’y avait pas de champ, ^{ou bien le} champ 3gissait. ^J’ai toujours observé dans cette der- nière condition une déviation plus petite. ^Voici, par

exemple, quelques ^mesures, effectnées avec un tube

cylindrique ayant ^deux disques perpendiculaires ^à

l’axe du tube comme électrodes, ^dont le diamètre était à peine inférieur à celui du tube. Leur distance était 2 cm, et l’air avait la pression ^de 0,02 ^{nim. Un} champ ^{de 3540} gauss dirigé parallélement ^aux disques pouvait ^{èlre créé au moment désiré.}

’l’andis _quc sa.ns champ magnétique ^{la déviation}

était 25,9, ^{elle se réduisait à} 6,9 lorsque pendant

les 10 sec. d’ïsolement le champ ^{était en action.}

J’ai fait ^dcs expériences semblables successivement

avec cinq ^{autres tubes,} ayant des formes très dine- rentes, ^avec des pressions variées de l’air intérieur,

et le résultat, bien que ^rarement aussi marqué que dans le cas rapporté, ^{a été} substantiellement le méme, c’est-à-dire _que j’ai toujours constaté que le champ

accélère la neutralisation des ions dans le tube. J’ai constaté la diminution de la déviation même après

avoir fait tourner de 90° la direction du champ.

Admettant cc résultat comme général, ^{on voit} tlu’il

n’est _pas toujours ^{d’accord avec la} prévision ^hastée

sur les déviations, ducs

champ, ^{des électrons en}

mouvement, car, dans c rtains _cas, ces déviations devraient retarder la neutralisation des charges.

On explique, ^au contraire, ^{assez bien la} plus rapide disparition ^{des ions sous} l’action du champ, ^{si l’on}

admet l’hypothèse ^nouvelle que j’ai proposée, ^c’cst-à-

dire l’ionisation duc

champ particullèrelnent près

de la cathode.

Je donnerai prochainemcnt la seconde partie ^{de ce}

travail

[Manuscrit ^reçu le ’1 cr AB’ ril 1911.]

Sur des rayons de longueurs ^d’onde extrêmement grandes

émis par la lampe ^à mercure en quartz

Par H. RUBENS et O.

BAEYER [Université de Berlin.

Laboratoire de Physique.

La pénétration ^{dans le} spectre, ^{du côté des} grandes longueurs ^{d’onde, est très} difficile par l’emploi ^de

sources dont le rayonnement ^est purement thermique.

Si la source de chaleur ne possède pas ^de propriétés sélectives, t’intensité du rayonnement dans l’étendue du spectre infra-rouge ^{décroît avec la} quatrième puis-

sance de la longueur d’onde. Cette intensité de rayon- nement croît, ^{il est} vrai, proportionnellement ^{u la} température ^{de la source, niais} l’énergie ^{totale du}

corps rayonnant, duquel ^on sépare ^ce rayonnement partiel, ^croît beaucoup plus ^vite, proportionnellement

à la quatrième puissance ^{de la} température ^absolue.

Il y a, par suite, ^à peine avantage ^{à élever la} tempé-

rature de la source.

Dans le spectre ^de grandes longueurs ^{d’onde, le}

manchon Auer s’est comporté ^{comme la source de}

chaleur la plus avantageuse, parmi ^{celles de carac-}

tère purement thermique, ^{à cause de ses} propriétés

sélectives très favorables. Mais avec le manchon Auer,

on n’est pas arriBé, jusqu’à maintenant, ^li séparer

des rayons de longueur d’onde notablement supé-

rieure à 100 p..

Dans ce qui ^{suit, nous} exposons les recherches que

nous avons faites pour étendre la connaissance du domaine infra-rouge, ^{en nous servant de sources}

lumineuses où le rayonnement ^{est émis} par un _gaz incandescent. De telles sources lumineuses sont extrè- nlell1ent sélectives, même ^si leur rayonnement ^est purement thermique. ^{Mais il faut, en outre,} compter

avec la possibilité ^d’un rayonnement luminescent

infra-rouge.

La méthode _que nous avons employée ^{est absolu-}

ment identique ^{à celle} employée récemment par M. Wood ^et l’un de _{nous, pour} isoler des rayons de

grandes longueurs ^{d’onde, et} qui ^{a été} décrite dans Le Radiuni, 1911, p. 44. Cette méthode _repose sur

l’emploi de lentilles de quartz qui, par suite de l’extraordinaire différence diiid;ees pour les rayon

calorifiques ^de chaque ^côté du domaine d’absorption

dans le quartz (1,50 ^{au lieu de} 2, 14), peuvent ^être, disposées de manière à concentrer le rayonnement ^a grande longueur ^d’onde

^un diaphragme ^donné,

les rayons caloriciques ordinaires étant dispersés. ^La

méthode s’appuie,

^outre,

l’absorption ^sélcctive

du quartz ^{et sur l’effet de} certains écrans placés ^au

centre du faisceau. (Pour ^avoir plus ^{de détails sur}

les particularités de la méthode et des appareils employés, ^se reporter ^au mémoire cité plus haut.)

Comme _sources, nous avions d’abord employé ^de

puissantes étincelles condensées entre électrodes de