HAL Id: jpa-00205132
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Submitted on 1 Jan 1924
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La bande λ = 3 064 Å de l’oxygène. Sa modification par le champ magnétique
R. Fortrat
To cite this version:
R. Fortrat. La bandeλ= 3 064 Å de l’oxygène. Sa modification par le champ magnétique. J. Phys.
Radium, 1924, 5 (1), pp.20-32. �10.1051/jphysrad:019240050102000�. �jpa-00205132�
LA BANDE 03BB = 3 064 Å DE L’OXYGÈNE. - SA MODIFICATION PAR LE CHAMP
MAGNÉTIQUE
par M . R. FORTRAT,
Professeur à la Faculté des Sciences de Grenoble.
1. - Cette bande, émise avec une grande intensité par la combustion de l’hydrogène
libre ou combiné ainsi que par le
passage de la décharge électrique
dans la vapeur d’eau ou l’oxygène,
a été attribuée tantôt à l’eau, tantôt
à l’oxygène. Son origine a été l’objet de discussions parfois fort
vives sans qu’on ait toujours apporté des arguments sérieux à l’appui des affirmations. Cepen- dant la àécouiTerte faite par Reiss (1)
de , son émission par une flamme de cyanogène et d’oxygène bien
secs décide en faveur de l’oxygène, mais;sans, renseigner sur le mode
d’émission.
Bien qu’elle ait retenu souvent l’attention des spectroscopistes à
cause de son intensité et de la facilité de sa production, cette
bande n’a pu pendant fort long- temps être résolue en suites régu- lières. On était parvenu seulement à grouper quelques raies en suites fragn1entaires, mais sans jamais
réussir à les faire entrer toutes dans une classification naturelle.
Heurlinger a proposé une solu-
tion complète dans ses remar-
quables recherches la
des de bandes (2). Il a dé- composé cette bande en Il suites
et a prévu la douzième : il les a
désignées par les symboles
figure 1 représente la ba:Hle
avec les 12 suites dont elle se .
co..mpose ; les satellites n’ont pas . été Jna1-qués . On trouvera une reproduction pliotograpliiqtie du début de cette bande, avec et
sans champ magnétique, dans les
Annales de Physique [3 (191~’;)
p. 3 15, planche 1].
(1) Chemie, t. 83 1!) J 1), p. 5.’5;).
C) Ilièse Lund, (1018).
r.I1 rn
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019240050102000
Le type auquel elle se rattache est le type de la bande à 3 suites (tète : R; queue : ’ et suite moyenne : ~l), En réalité, nous avons à faire à un complexe de deux bandes dont cha-
cune est double. La figure 2 schématise la première : les raies sont représentées par des
points ayant pour abscisses leurs nombres d’onde et pour ordonnées leurs numéros d’ordre;
ils dessinent les 6 branches l’i , ])2’ QI, Ri et R,. It manque non seulement la raie ori-
gine (numéro d’ordre nul), mais aussi toutes les raies de numéro d’ordre égal à i.
Z. Notations. -- J’adopterai la classification de Ilcurlingen en désignant comme lui les
raies par leur nombre d’ondes j par cm dans le vide, évalué dans le système international.
Dans chaque suite, la fréquence d’une raie est fonction de son numéro si P (ni) représente cette fonction, on convient de désigner la suite par la lettre P. Chaque raie
sera désignée par la lettre caractéristique de sa suite suivie de son numéro d’ordre, et ce symbole représentera son nombre d’ondes. Par exemple,
Un satellite sera représenté par la lettre 6 suive du nom de la raie et sa fréquence sera rapportée à celle de la raie. Par exemple, P16, de nombre d’ondes égal à 32 170,50, a un
satellite de nombre d’ondes égal à 3 ~ ~ r 1,~6 ; nous écrirons :
J’évaluerai aussi l’intensité des satellites par rapport à celle de la raie correspondante.
Cette intensité, que j’appellerai I, sera représentée par fi nombres : 3 : presque aussi intense que la raie;
2 : un peu moins intense; ’
’
-1 : beaucoup.moins intense;
0 : à peine visible.
Pour marquer que deux raies ne sont pas séparées, je mettrai une double parenthèse.
Par exelnple P19 et Qli6 seront représentées par (P19) et (Q116). Il arrive qu’une raie ou
une de ses composantes soit amenée par le champ magnétique au voisinage d’une autre raie
dont elle n’est plus séparée. Cette circonstance sera marquée par une seule parenthèse. Une parenthèse unique marquera également une très grande proximité qui diminue la précision
des pointés.
Dans les tableaux de nombres je donnerai le caractère de quelques raies par une lettre :
Dans les tableaux de nombres, w représente le déplacement d’une raie en nombre d’ondes. Si cette raie est décomposée, Qv représente l’écart entre la raie naturelle et la com-
posante magnétique la plus intense, 0’) représente l’écart des composantes secondaires avec
la plus intense.
Il est commode, pour simplifier le langage, de parler d’une radiation plus rapide ou plus
lente au lieu de radiation de plus courte ou de plus grande longueur d’onde. Pour abréger
le langage je remplacerai les expressions côté de plus grande longueur d’onde ou côté de plus
courte longueur d’onde par côté rouge ou côté violet ; quoique cette façon de s’exprimer soit
assez impropre, surtout dans l’ultraviolet, j’espère qu’elle ne choquera pas les spectros- copistes.
3. - Précision des mesures. - La précision d’un pointé dépend de la finesse et de l’intensité des raies. Les pointés des raies fines sont faits avec une précision supérieure à 0,05 onde par cm.
L’écart d’une raie et d’un satellite résulte de deux pointés faits sur un même spectro-
gramme : l’erreur est inférieure à 0,1 cm--1. Toutefois, elle peut être plus grande dans les
cas défavorables, lorsque le satellite est très faible ou se trouve très près d’une raie peu nette.
La mesure des modifications magnétiques est souvent moins précise : d’une part, en
effet une des composantes est le plus souvent diffuse et, d’autre part, la mesure du dépla-
cement d’une raie exige quatre pointés. Il -est impossible de superposer la photographie de la
bande naturelle et de la bande modifiée sans qu’il en résulte une inextricable confusion ;
on doit donc repérer la position de la raie naturelle et de la raie déplacée, par rapport à
une raie fixe pour laquelle on choisit une raie du fer.
L’erreur absolue est donc deux fois plus grande sur les A que sur les a. Quelquefois même, l’erreur absolue dépasse beaucoup celle de 0,2 qu’on peut prévoir comme l’erreur maximum, car certaines raies déplacées sont très élargies, jusqu’à 5 cnx-1 .
4. - Nouvelles observations sur la bande naturelle. - L’examen des raies non
classées confirme les idées de Heurlinger. Non seulement les satellites doivent bien être ‘ considérés comme tels, mais leur existence est loin d’être exceptionnelle : leur nombre et leur position sont dans une certaine mesure caractéristiques pour une même suite. C’est ainsi que les raies
du tableau de Grebe et Holtz sont les deux satellites
1 Tandis que la source de lumière de Grebe et Holtz était un tube de Geissler, je me suis
servi d’uneflamme de chalu meau oxyacétylénique. De la sorte, quelques raies indiquées par Grebe et Holtz peuvent être éliminées et considérées comme étrangères à la bande. Les unes,
en effet, sont totalelnent absentes de mes photographies; d’autres ne sont émises que par
une partie de la flamme et apparaissent moins longues que les raies de la bande sur les pho- tographies. C’est ainsi que les raies des tableaux de Grebe et de Holtz qui échappent à la
classification de Heurlinger se réduisent, en dehors de la suite R’, à 3 à peine visibles, de
nombres d’ondes égaux à
Par contre, j’en ai observé quelques autres. Elles ne doivent sans doute pas retenir trop
l’attention car elles sont toutes très peu intenses et leur présence dans une flamme complexe peut être très naturellement attribuée à une autre origine Du reste. elles sont
abondantes surtout vers la fin de la bande où la diminution d’intensité des raies principales a exigé une plus longue pose. La plus réfrangible a pour nombre d’ondes ai jl 7 53.
J’ai pu mesurer des raies qui prolongent les suites P’1 1 et P’2 de lleurlinger ju-..qu’aux vingt-deuxièmes termes. Les nombres d’onde que j’ai mesurés sont donnés dans le tableau VI.
Quant à la suite dont Heurlinger a supposé l’existence en admettant qu’plle devait
être associée avec la suite ~’1, mes spectrogrammes la montrent sous forme d’une véritable
reproduction de la suite ~’1. J’ai mesuré les fréquences de 7 raies; elles sont reproduites
dans le tableau ci-dessous avec les différences premières AI et les différences secondes ~2;
rn désigne le numéro d’ordre, « G et H » désigne les nombres d’ondes observés par et Holtz et ramenés au vide.
Dans la suite ~’~, le treizième terme me paraît double = 2,9) et j’ai observé un (Juin-
zième terme également double (v=3i. 917,45 et è - 31 9t6,58,), la deuxième raie étant très faible.
°
Mais la relation qu’Heurlinger aurait attendue entre les deux suites :
ne se trouve pas vérifiée.
J’ai pu séparer quelques raies observées simples par Grebe et Holtz et que lleurlinger
avait pu présumer doubles. ..
5. - Structure des raies et action du champ magnétiques La dispersion dont je disposais m’a permis de reconnaître des particularités de la structure des raies qui paraissent intéressantes au point de vue de la classification en suites naturelles et de Faction du champ magnétique.
La présence de satellites n’est pas accidentelle dans une suite : lorsqu’on observe les raies successives d’une même suite par numéros d’ordre croissants, on retrouve généralement,
dans des raies voisines, des satellites en même nombre et avec la même disposition. Mais
leurs intensités varient progressivement, si bien que des satellites peuvent apparaître ou disparaître et deux raies éloignées de la même suite n’ont plus la même structure.
Les modifications magnétiques sont en relation avec la structure des raies. Lieurs carac-
tères généraux peuvent être- résumés ainsi :
Dans l’observation perpendiculaire aux lignes de force, la seule que j’aie pu faire, les modifications sont identiques dans les deux polarisations; s’il y a des différences, elles sont
inférieures aux erreurs d’observation. Elles sont manifestement les plus grandes au voisi-
nage de la tête de la bande. Enfin, et c’est peut-être leur caractère le plus ty. i>ique . elles
sont toutes dissymétriques et se ramènent à trois types : dédoublement, déplacement, élar-
.
gissement dissymétriques.
On pas habitue il rencontrer de lellcs dissymétries dans les modifications des raies simples. La classification de ÏIeurlingcr permettant d’envisager l’association des raies par doublnts, on devait d’abord se demander si l’action observée n’était pas un cO111meI1Ce- ment de simplification ; deux objections font rejeter Cette hypothèse : ces doublets sont très
larges et ils auraient une sensibilité exceptionnellement grande, et surtout, au lieu d’être-
resserrés, ils sont élargis par le champ. léanmoills, la liaison des raies doit intervenir si elle ii’est pas une slmple apparence.
Une observation attentive suggère de la rattachcr aussi à la structure même des raies bien que cette supposition laisse subsister plusieurs difficultés, par exemple avec les suites
Pz et ¡-Ii dont les raie. paraissent simples.
La bande a été photographiée en. cinq parties et dans les champs de 4 £60, 22400 et 39 70(> gauss. I’n prelniel’ eXélluell avait monthé que les modifications deyenaien beaucoup plus faibles des qu’on s’écartait de la tête de la bande de plus de 200 élll-’ ; c’est pourquoi
le début de la bande a été photographié seul dans le chalnp le plus faible et la fin de la bande (v 32 0fi0 ) n’a été photographiée que (lalls un champ de 39 700 gauss. Il aurait été utile de contrôler les conclusions en observant quelques raies, même éloignées Ue la tête,
dans des champs iiitermédiaires. Je regrette de me trouver dans l’impossibilité de le faire.
Je décrirai les modifications magnétiques des raies en les groupant par suites natu- relles et en résumant les grandeurs dans des tableaux numériques.
~’, . - (Tableau 11). 11eurliuger indique quatre satellites. J’ai pu observer un satellite dit quatrième jusqu’au quatorzième terme, et Ci PliO, peut-être cachés-
Il. - SUITE /)1.
par 1", 8 et i . En outre, Pi i i a un satellite très peu visible et très rapproché due la raie-
principale du côté violet.
L’intensité du satellite, d’abord égale à celle de la raie (Pi augmente moins vite que celle de la raie jusqu’à a Pl 8, puis décroît. On peut dire que, suivant les numéros d’ordre croissants, le satellite s’écarte de la raie en diminuant d’intensité et en restant toujours plus rapide qu’elle. A peine visible dans Pi i~., il n’est plus visible dans P, 13, mais on peut croire qu’une plus longue pose l’y ferait apparaître.
Le champ magnétique dédouble les raies P,, la composante rouge restant’fine et la
composante violette étant moins intense et diffuse, même dans 72 où l’effet paraît moins marqué à cause de la faible intensité. La composante rapide diminue d’intensité relatives
depuis le début de la bande et elle disparaît progressivement pour devenir invisible à par- tir de Pj 10 (on ne peut rien dire de à cause de la superposition de ses composantes
avec celles de ~ll 16). En conséquence, la modification se réduit à un déplacement au delà
de P, 10.
La dissymétrie très apparente à cause de la différence des finesses et des intensités des
composantes se manifeste aussi dans la grandeur des déplacements, la composante lente plus intense étant la moins déplacée.
L’écart de la raie et de son satellite augmente proportionnellement au champ selon la
formule ,
où 0’10 est l’écart du satellite et de la raie hors du champ et c, une constante qui peut dépendre
de la raie envisagée mais est en tout cas voisine de 0,9~.I0-~ qui caractérise l’écart du tri-
plet normal de Zeeman.
Cette loi rappelle celle qu’a établie Hulthén pour le resserrement des doublets de la bande A =3 87~ Fi du spectre de
’ Pour les termes de rang supérieur à 9, il n’y a plus décomposition mais seulement un
déplacement à peu près conslant et égal à - 0,8 CJn - dans un champ de 39 700 gauss. Il n’a malheureusement été observé que dans ce champ ; par analogie avec ce qui a été observés dans d’autres suites, on peut le supposer proportionnel au champ ; cette conclusion est rendue plus vraisemblable par la proportionnalité au champ du déplacement de la composante rouge des doublets magnétiques de Pi 2 à Pl 8.
Enfin, il est à remarquer que le déplacement a toujours lieu du côté opposé à celui du
satellite : cette remarque s’applique à toutes les raies de la bande.
Suite J)2. - (Tableau 1°Il). Les raies paraissent simples. Le champ magnétique les élargit dissymétriquement, la raie élargie ayant un bord assez net du côté violet et étant
dégradée vers le rouge. L’élargissement est considérable, surtout au début de la suite, où
il peut atteindre ;jusqu’à 0,5 1 dans un champ de 39 700 gauss (P~ 6 et P, 3). Les pointés
sur le maximum d’intensité sont dépourvus de précision sur les premiers termes ; ce n’est guère qu’au delà de P2 12 que les raies restent assez fines pour qu’on puisse être assuré
que l’erreur est inférieure à 0,10 cm-’ quand la raie est bien isolée.
Quoique les cinq premiers nombres du tableau soient peu concluants, par suite de la nature de la raie, il est probable que le déplacement est proportionnel au champ. Sa valeur
varie assez peu dans toute la suite; elle est voisine de -F 0,85 cm-1 pour 39 700 gauss.
Suite Qi. - (Tableau III). Elle offre, au premier examen, beaucoup d’analogie avec la
suite Pi : présence d’un satellite violet et dédoublement dissymétrique par le champ magné- tique avec une composante rouge fine et une composante violette diffuse à bord rouge assez.
net et dégradée vers le violet.
L’analogie cesse dès qu’on considère la grandeur du doublet magnétique qui ne peut
être considéré comme formé de la raie initiale et de son satellite écartés proportionnelle-
ment au champ.
Pour les premiers termes, l’écart du doublet est proportionnel au champ et moins grand
que l’écart normal, 0,94. 10-"H. Puis, le numéro d’ordre s’élevant, l’écart augmente moins
. TABLEAU 111. - SUITE QI.,
vite que le champ et, à partir du onzième terme, il reste constant ou même diminue quand
le champ passe de 22 400 à 39 700 gauss.
Cette étrange particularité est certainement en relation avec la structure des raies que
nous allons envisager en notant d’abord que les satellites de (Ql 3x Qi fi), de QI 6 et de Qi il
sont masqués respectivement par Q22, par I3z 1 et par
L’intensité relative du satellite augmente d’abord jusqu’à Q19, puis diminue. Avec Qi 12 apparaît un deuxième satellite d’intensité d’abord très minime, puis rapidement
croissante jusqu’à Qi 14, oit il a été observé par Grebe et Holtz, puis de nouveau décrois-
sante très rapidement : je n’ai pu l’observer au delà de QI 15.
L’anomalie sur l’écart des composantes magnétiques apparaissant avec le satellite exté-
rieur, il est assez légitime de la croire liée à son existence. Néanwoins, la différence de la
décomposition des Q1 avec celle des Pi est si surprenante qu’elle mérite d’être contrôlée.
Elle est confirmée par l’examen de Ùi 3 dans des champs de 4 460 et de 22 400 gauss (dans
un champ de 39 700 gauss, on est gêné par la proximité de Qi 2).
Le champ de 4460 gauss laisse la raie simple (en apparence) et élargit le satellite sans
le déplacer. Le champ de 22400 gauss déplace la raie de - 0,82 et fait apparaître
une composante à la place même du satellite qui se retrouve sous forme d’une zone diffuse au
côté violet de cette composante. La décomposition me paraît identique à celle qui s’observe
mieux sur les raies Q2 du côté violet.
Dans les termes de rang élevé où le satellite est invisible, la modification se réduit à un
léger déplacement vers le rouge, alors que le satellite est toujours du côté violet.
TABLEAU
1
’
1
Suite Q2. - (Tableau IN’,> . Elle réunit les caractères des suites Pi et Qi. Il y a non seu- liement un satellite rouge signalé par Ileurlinger sur quatre termes, mais un satellite violet et quelquefois même deux satellites violets, le satellite extérieur étant toujours très faible.
Q28 a sans doute un satellite rouge caché par (Qi 3, Q,4), on ne lui voit pas de satellite
violet ; et Q2 10 paraissent simples mais ne sont pas très fines.
J’ai étudié avec un soin particulier les raies 0~3 (satellite rouge masquée par R~ 3), Qz 5. Q~ 6 et Q2 7 et les modifications magnétiques peuvent être résumées par les lois sui- vantes :
Le satellite rouge s’écarte de la raie proportionnellement au champ et en devenant très, diffus. Ici, la constante r de la formule (1) est beaucoup plus faible que 0,9~.1U-k. Ce satel-
lite disparaît quand le champ augmente, et d’autant plus facilement que son numéro d’ordre dans la suite est plus élevé.
horsqu’il y a deux satellites violets, ils sont réunis dès le champ de 4460 gauss en une raie large, plus voisine du satellite extérieur. Cette raie se comporte ensuite comme le satel-
lite unique quand il n’y en a qu’un : elle s’élargit et disparaît dans les champs les plus élevés
tandis qu’une composante se détache et s’écarte de la raie principale avec un écart croissant
plus rapidement que le champ.
Le tableau IV indique surtout des doublets : la composante rouge est trop faible pour être visible. Les termes de rang élevé sont légèrement déplacés vers le violet, c’est-à-dire dire du côté opposé à celui du satellite le plus intense.
Ri. (Tableau ~’). - Les raies paraissent simples et sont néanmoins modifiées
disymétriqnen1cnt. Les 5 rremiers termes sont dédoublés avec une composante violette diffuse et une rouge fine. Les termes de rang supérieur à 6 sont déplacés vers le rouge.
TABLEAU Y. -
Un dédoublement avec une composante diffuse peut donner l’apparence d’un déplacement lorsque la composante diffuse est assez élargie pour passer inaperçue. Le déplacement des
raies Riî et suivantes n’est pas de cette sorte. Si, en effet, il résultait d’un dédoublement, la composante diffuse disparaîtrait dans un champ intense sans disparaitre dans un champ faible, tandis que la première raie qui paraît déplacée sans dédoublement est la même dans 22400 que dans 39 700 gauss. La grandeur même du déplacement exclut cette supposition,
car, dans la mesure où la précision des mesures permet d’en juger, il est proportionnel au
carré du champ, tandis que le déplacement de la composante rouge de R,2 àR,6 est propor- tionnel au champ.
Il est à remarquer que l’écart du doublet magnétique est voisin de l’écart normal et 3,72 cm-~). Enfin, pour une mème valeur du champ magnétique, le déplacement diminue
lentement lorsque le numéro d’ordre augmente.
Sitite Rz , (Tableau V). - Les raies de cette suite ont un satellite du côté rouge.
Le champ magnétique les déplace vers le violet en les élargissant; les raies élargies
sont dégradées également sur les deux bords; l’élargissement est d’autant plus grand
que le numéro d’ordre est plus faible. Les satellites se confondent avec la raie en
. TABLEAU VI.
s’élargissant moins qu’elle Inais en se déplaçant davantage. Les deux satellites les plus
visibles - ~~~ ~ et cr R2 6 ont, avec les raies et Il2 (;, les écarts - 1,23 et -1, dans
un champ nul, - 0,9U et - i .0~ dans un champ de 4 460 gauss, leurs déplacements étant
alors : -~- 0,32 et + 0,21
Ils sont déjà réunis avec la raie principale dans un champ fle ~2 100 gauss.
Les déplacements des raies R~ marqués dans le tableau 1’ ne peuvent naturellement
être mesurés qu’avec une précision qui dépend de la largeur des raies et qui est d’autant moins,
bonne que leurs numéros d’ordre sont moins élevés.
Le déplacement - O,i3 de R27 ne doit être qu’une apparence due à la superposition
avec R.3. La superposition de Rlll et de Raf6 dans 39 700 gauss donne l’impression d’une simplification : les déplacements indépendants de ces deux raies ne les amèiient que fortui- tement en coïncidence.
Autres suites. (Tableaux Y"1 et Vil.) - Les suites de la deuxième bande du complexe :
sont moins intenses et subissent des modifications moins importantes. Je n’ai pu y observer
qu’un petit nombre de satellites, 5 dans la suite dans la snite Q’ 2 . Je n’ai obsei iré leurs modifications que dans 39 700 gauss, où elles restent faibles. Elles se réduisent à des dépla-
TABLEAI VII.
cenients qui s’effectuent du côté opposé aux satellites observes et qui n’offrent pas de varia- tion systématique avec le numéro d’ordre.
Les suites R’~ et R’;2 très faibles sont rendues diffuses par le champ et n’ont pu y être-
pointées. , -
