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Submitted on 1 Jan 1907
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Action d’un champ magnétique sur l’air ionisé en mouvement
A. Blanc
To cite this version:
A. Blanc. Action d’un champ magnétique sur l’air ionisé en mouvement. Radium (Paris), 1907, 4 (5), pp.181-183. �10.1051/radium:0190700405018100�. �jpa-00242239�
Action d’un champ magnétique
sur l’air ionisé en mouvement
Par A. BLANC,
Maître de conférences à la Faculté des Sciences de Rennes.
a centre matériel portant une charge e, anirrlé
U d’une vitesse v, peut être assimilé à un élé- ment de courant d’intensité i et de longueur ds
tel que :
i. ds-e. v
Le sens de l’intensité i est celui de la vitesse v, ou
le sens contraire, suivant que la charge e est positive
ou négative.
1° Ce centre matériel produit autour de lui un champ magnétique identique à celui que produirait l’élé-
ment de courant. C’est une conséquence des équations
de Hertz-Maxwell1, conséquence vérifiée directement par l’expérience (Rowland, Crémieu et Pender).
2° Si ce centre chargé se meut dans un champ ma- gnétique, il est soumis à une force perpendiculaire â la
direction de sa vitesse, identique à celle qui s’exerce-
rait sur l’élément de courant considéré. Ceci n’est pas
une conséquence des équations de Hertz-Maxwell ; c’est
une hypothèse nouvelle, ou une conséquence d’hypo-
thèses nouvelles (Théories basées sur les électrons :
Lorentz, Larmor, etc.). La vérification expérimentale
la plus directe qu’on en ait est la déviation par un
champ magnétique des rayons cathodiques, qui trans- portent une charge négative (Perrin). On peut en
trouver une vérification nouvelle dans le phénomène
suivant :
Imaginons qu’un courant d’air ionisé circule avec
Fig. I.
la vitesse uniforme entre deux électrodes A, B, dans un chalnp magnétique constant H, perpen-
diculaire au plan de la figure.
L’expérience a montré qu’il existe
dans un gaz ionisé des charges
libres entraînées avec le gaz ; ces
charges sout portées par des cen- tres matériels ou ions, qui ren-
dent le gaz conducteur, et cette
conductibilité des gaz est celle dont nous connaissons le mieux le mécanisme.
1. M. Langcvin en a donné une démonstration très simple : Magnétisme et théorie des électrons, Ann. de ehim. et de
Phys., tif serie, t. V. page 75: 1905.
Chaque ion, de charge e, sera soumis à une force :
(1) X = H ev
dirigée vers l’électrode A ou l’électrode B suivant le
signe de e. Les ions des deux signes se déplaceront en
sens inverse et iront charger les électrodes, ,jusqu’à ce
que celles-ci produisent un champ électrique faisant équilibre ii la force X. La différence de potentiel entre
ces électrodes sera alors, si 1 est leur distance :
(2) V=Hvl
Le courant d’air est produit par un ventilateur actionné par un petit moteur électrique ; cet air passe dans un tube vertical à section circulaire, surmonté
lui-même d’un tube à section rectangulaire T, placé
entre les pôles d’un électro-aimant puissant. Un ané-
momètre placé à l’ouverture d’aspiration du ventila-
teur donne le débit, d’ 011 l’on déduit la vitesse àl’inté- rieur du tube T. 1,c tube circulaire est assez long (/t5 cent.) pour que le champ magnétique de l’électro-
aimant ne puisse produire, par courants de Foucault,
un ralentissement appréciable du ventilateur.
Le tube T, long de 12 cent., est fermé aux deux extrémités par des toiles métalliques; sa section a
5 centimètres de
longueur et 4 cen-
timètres de lar- geur. Il porte une
électrode latérale A, parallèle aux lignes
de force, longue de
66 millimètres et
large de 26 nilli- mètres, isolée du tube par de l’ého-
nite, et distante de 4 centimètres de la paroi opposée
de celui-ci. Cette électrode est placé
tout entière dans la région où le
Fig. 2.
champ magnétique est sensiblement unitorme. Elle
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190700405018100
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est reliée u l’mc des paires de quadrants d’un élec- trolllèt re Curie ; l’autre paire de quadrants est mise
au sol (la cage de l’appareil), ainsi que le tube T.
L’aiguille de l’électromètre est chargée à !l0 volts par
une batterie d’accumulateurs. L’électrode A et les ’lua- drants correspondants, d’abord au sol, peuveut être
isolés a l’aide de l’interrupteur 1.
Le tube circulaire porte, à 10 centimètres au-dessus du ventilateur, une petite fenêtre par laquelle pénètre
le rayonnement de 2 milligrammes de bromure de
radium très actif (un million) ; ce rayonnement n’a qu’une lalnclle de mica à traverser ; la boîte de
plomb qui contient le sel radioactif est misc au sol,
commc le tuhe lui-même.
La vitesse du courant d’air peut atteindre, dans le tube T, 6 mètres par seconde. L’intensité du champ magnétique, mesurée à l’aide d’une spirale de hismuth,
est de 4000 gauss. Même avec ces valeurs relative-
ment grandes, les ions sont soumis à une force X égale
a celle qui s’exercerait sur eux dans un champ électri-
que de 0,024 volts par ccltilnètre : l’intensité recueil- lie par l’électrode A sera donc très faible.
Or, quand on fait passer le courant d’air ionise sans
exciter l’électro-ailnant, l’électrode reçoit déjà une
faible charge négative due à la différence des vitesses de diffusion des ions des deux signes au voisinage de l’électrode ; l’aiguille de l’électromètre dévie lentp- ment ; il faut, pour que l’image donnée par le miroir
se déplace de 1 millilnètrc sur la règle placée à
1 mètre, un certain temps to. Quand on excite l’électro- aimant de façon que les ions positifs se meuvent cers
l’électrode A sous l’action de la force X de la formule ( 1 ),
le temps mis par la tache pour se déplacer d’une divi- sion prend une valeur t1, supérieure à ta. L’intensité i1 correspondant à la force X est proportionnelle à la duantité :
Si on change lc sens du courant dans l’élcctro-
aimant, on trouve un temps t2 inférieur à t 0, et l’in- tenshé i2 relative aux ions négatifs est, en valeur abso-
luc, proportionnelle a :
Dans l’exemple suivant, les deux nombres donnes pour chacune des trois quantités t0, t1 et t2, corres-
pondent a deux Jnesures faîtes successivement; ces nombres son très constants dans cet exemple, :
L’existence de la force X est donc vérifiée rljcnlitctti-
vement.
On ne peut songer, acausedel’innuence dc la dinu- sion, à vcrificr quantitativement la fornlulc (2) en
mesurant la différence de potentiel finale entre l’é-
lectrode A et le tube. Mais la mesure de to, t1, tz nous donne, en unités arbitraires, l’intensité initialecorrcs-
pondant aux ions des deux signes. Cette intensité est
connue avec assez peu de précision : la tacllc del’élcctro- mètrc se déplaçant très lentement, il est assez difli-
cile d’apprécier le moment exact oil elle passe sur une division de la règle; les moindres perturbations clui
rcndent sa vitesse non uniforme peuvent amener une
erreur appréciable ; aussi les nombres obtenus sont-ils rarement aussi constantes que dans l’exemple précé-
dent. Ellflll le mouvement de l’air, très rapide, est
certainement tourbillonnaire et la vitesse n’est pas uniforme dans toute la section du tube T.
Quoi qu’il en soit, si on adniet que les nlobililés des ions ne sont pas modifiées par la présence du champ magnétique, on pourra déduire de l’intensité illitiale la valeur de la force X de la formule (r ), l’ll compa-
rant cette intensité a celle qu’on obtient quand on éta-
blit à l’intérieur du tube T un champ électrique connu,
assez faible pour que l’intensité recueillie soit pro-
portionnelle au chanip.
Pour que le champ électrique de comparaison fut plus uniforme, il était établi entre l’électrode A et une
cloison métallique disposée au milieu de la section du tube T ; oll créait un champ faible entre la cloison et l’électrode en les réunissant à deux points pris sur le
circuit d’une pile Leclanché.
La valeur de X déduite de cette comparaison, et
celle qu’on peut calculer par la formule (i), sont con-
cordantes a 1/10 et même à 1/20 près. On ne pou- vait espérer mieux, étant donnée la précision qu’on peut avoir sur les intensités.
Le rapport des intensités puur les ions des deux
signes est, eu valeur absolue :
C’est aussi le rapport des mobilités : si S est la sur- face de l’électrode A, n le nombre d’ions par centi- mètre cube du gaz (ce nombre est le même pour les ions des deux signes), on a :
D’où:
Les valeurs de k2 ainsi obtenues ne sont pas très
k1
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précises, puisque les intensité sont elles-lllèlncs assez
mul connues. Mais elles montrent clairement que k2 k1
est plus grand que l’unité. Dans l’exemple précé-
demment donné, on trouve : k2 k1 = 1,56. Les nombres obtenus oscillent entre 1 et 1,6, la moyenne de 14
expériences étant 1 ,52.
Nous avons supposé dans ce qui précède que les valeurs des mobilités ne changeaient pas en présence
du champ magnétique. On peut s’en assurer :
Le tube précédent T est remplacé par un tube a section rectangulaire allongée (6 cent. sur 2), muni
en son centre de deux électrodes plates carrées (2 cent.
dc côté), placées dans le prolongement l’une de
l’autre et séparées par un intervalle de 1 millimètre.
On établit des champs électriques variables entre le
tube et les électrodes, et on mesure les mobilités par la méthode des courants gazeux, la vitesse du courant d’air étant beaucoup plus faible que précédemlnent,
de manière à éviter les tourbillons. La forme plate
des électrodes et du tube pernlet de mesurer les mobi-
lités quand les ions se mcuvent soit dans le plan des lignes de force, soit dans un plan perpendiculaire,
suivant l’orientation du tube entre les pôles de
l’électro-aimant. Le champ électrique entre le tube et
ses électrodes est, il est vrai, moins uniforme qu’avec
un tube et des électrodes circulaires. Il en résulte que la courbe qui donne l’intensité recueillie par la deu- xième électrode en fonction du champ électrique, est légèrement déformée. Mais cela n’a pas d’importance :
il ne s’agit pas de déduire de la courbe les valeurs des
mobilités, mais de voir seulement si sa forme est modifiée par le champ magnétique. Or, avec des champs de 4000 gauss, quelle que soit l’orientation du
- tube, on ne peut déceler aucune modification de la
courhe, donc aucune variation des mobilités.
Le courant, produit sous l’action du champ magné- tique dans l’air iouisé en mouvcmcnt, est un cou- rant d’induction. Mais seule l’existence de la force exercée dans le champ sur chaque ion du gaz peut expliquer le mécanisme qui produit ce courant, et en
démontrer la nécessité.
Si on accepte l’existence des phénomènes d’induc-
tion comme un fait expérimental, l’application du principe de la conservation de l’énergie permet, comme
on de trouver leurs lois’. Mais ce principe seul
est impuissant à montrer la nécessité de ces phéno- inèncs, donc à les expliquer. Une théorie véritable doit monfrcr pourquoi ils se produisent. Ils se par-
tagent à ce point de vue en deux groupes :
Quand la matière du circuit est fixe et que le champ magnétique varie, les équations de Hertz-Marwell montrent qu’il y a Ie long du circuit un champ élec- trique réel dont l’effet est de produire un mouvement
d’électricité dans les conducteurs qui constituent ce circuit. Quand le champ magnétique est constant eu
chaque point de l’éther, et que les conducteurs du circuit se déplacent, il ne se crée aucun champ élec- trique : les équations de Hertz-Maxwell seules ne
peuvent pas expliquer la production d’un courant
induit. Il est nécessaire d’admettre la présence dans la
matière conductrice, quelle qu’elle soit, de centres chargés se déplaçant. avec elle, centres sur lesquels le champ magnétique exerce, comme il le ferait sur
l’élément de courant équivalent, une force produisant
les mêmes effets qu’un champ électrique.
L’expérience a déjà conduit à admettre l’existence de tels centres dans les gaz conducteurs ; il en est de
même pour les élcctrolytcs, ou M. Bouty 2 a montré qu’il se produisait des courants induits par la même méthode qui nous a servi dans le cas de l’air ionisé.
Dans les mêmes conditions, il y a aussi production
d’un courant dans le mercure : c’est le phénomène réciproque de l’action électromagnétique sur laquelle
est basé le galvanomètre a mercure de fil. Lippnlann:5.
Il est donc naturel de supposer que ces courants induits se produisent, dans le mercure et les métaux, par le même mécanisme que dans les électrolytes et
dans les gaz.
1. Dans le cas actuel, on ne peut pas répéter le raisonnement
général qui conduit à la loi connue : E = 2013 dO dt. Ici le flux O
ne varie pas: une fois le régime permanent établi, les lignes
ctc courant sont fixes dans l’espace, et 1 énergie potentielle du
courant dans le champ magnétique est constante. Il faut cher- cher ailleurs la source de l’énergie clui apparaît dans le cou-
rant induit : dans le travail rcndu nécessaire par l’existence méme de ce courant pour produire le mouvement du gaz dans le champ.
2. BOUTY. L’éclairage électrique, t. XV, page 89; Jour’Jl. de
l’hys., 3, série, t. VII, page 2J3; 1898.
3. LIPPMANN. Journ. de Phys., 2e série, t. III, p. 384; 1884.
Avril 1907.
Avril 1907.
