Ondes et Relativité
Serge Cabala
Aspects historiques des ondes
et de la relativité.
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Chapitre V
Période 1887-1905
Paragraphe 2.
Le tube à vide.
Une révolution: le tube à
rayons cathodiques.
C'est l'appareil simple qui fit faire à la
physique des progrès considérables dans ses conceptions de
la matière et de l'électricité.
Mais précisons-en la genèse.
Les oeufs électriques.
On provoque, dès le dix-huitième siècle,
des décharges électriques dans des ampoules contenant, sous
forme raréfiée, une vapeur un gaz ou de l'air. Ce sont les
oeufs électriques des cabinets de physique. On remarque déjà
à cette époque, que dans un vide poussé, la force
électrique ne provoque pas d'éclair, mais une illumination
assez uniforme de tout l'oeuf.
Ces oeufs électriques sont branchés
aux bornes de machines électrostatiques, de bouteilles de Leyde,
puis plus tard à d'autres sources électriques (grandes batteries
de piles, bobines de Ruhmkorff). Ces oeufs prennent parfois d'autre formes,
tubes, sphère etc...
Ci dessous trois oeufs électriques.
Vers 1843 M. Abria s'aperçu que si le vide
était très poussé (moins de un millimètre de
mercure), on pouvait voir à l'intérieur de l'oeuf, une stratification
du phénomène lumineux. (Voir oeuf central ci-dessus).
L'étude de ce phénomène fut
reprise en 1852 par M. Grove et M. Quet, lorsque furent construites les
premières bobines de Ruhmkorff.
La bobine de Ruhmkorff.
En 1851, d'après une idée de
Masson, Ruhmkorff réalisa sous la forme d'une bobine, un premier
transformateur très haute tension, alimenté par du courant
haché provenant de piles. Ce transformateur fut nommé bobine
de Ruhmkorff. Cette bobine eut un énorme succès dans les
laboratoires jusque dans les années 1930 et même au-delà.
Bobine de Ruhmkorff des années 1851-1860
La tension alternative obtenue aux bornes
Pet P' de la bobine est toujours beaucoup plus élevée dans
un sens que dans l'autre. Ce qui fait qu'on peut utiliser cette bobine
comme une source haute tension de courant quasi-continu pour les tubes
à vide. Selon les dimensions de la bobine, la tension de sortie
varie de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers de
volts.
On brancha naturellement les oeufs électriques
aux bobines de Ruhmkorff, et on en étudia les effets qui étaient
pour beaucoup déjà répertoriés. Dans l'oeuf
électrique, ne règne qu'un vide assez incomplet, et qui souvent
s'estompe avec le temps. De plus l'objet est assez volumineux, et sa forme
est peu fantaisiste. La préparation des démonstrations est
assez longue, car il faut à chaque fois refaire le vide, et les
résultats ne sont pas toujours identiques.
Les tubes de Gessler.
On remplaça donc ces oeufs électriques
par des ampoules ou tubes en verre munis d'électrodes. Ces tubes
scellés contenaient de l'air ou du gaz très raréfié.
On leur donna des formes très variées.
Heinrich Geissler (1815-1879) physicien allemand
de Bonn, construisit une grande variété de ces tubes. Ils
eurent une remarquable réputation à travers l'Europe.
Il inventa en 1857 la pompe à mercure. C'est
une pompe qui permet d'atteindre un vide inférieur à un dixième
de millimètre de mercure. Cette invention facilita la construction
en série de tubes identiques à pression résiduelle
très faible (de quelques millimètres à quelques dixièmes
de millimètres de mercure).
Les tubes de Geissler, furent très admirés,
car branchés sur une bobine de Ruhmkorff, ils produisent de puissants
et variés effets lumineux. L'actuel tube au néon n'est qu'un
tube de Geissler.
Voici quelques tubes de Geissler
Les expériences de Wilhlem Hittorf (1824-1914).
Wilhlem Hittorf en accentuant le vide dans les tubes
de Geissler s'aperçu en 1868 qu'ils étaient très résistants
au passage du courant, et qu'ils ne donnaient, sous haute tension, qu'une
faible lueur verdâtre face à la cathode.
En 1869 Hittorf montra que les rayons issus de la
cathode se propageaient en ligne droite. Pour ce faire il interposa sur
leur trajet une croix métallique. L'ombre de l'obstacle qui se détache
en sombre sur la paroi opposée à la cathode prouve la propagation
rectiligne.
Hittorf mit encore en évidence cette même
année (1869), la déviation du rayonnement cathodique par
un aimant.
Le faisceau cathodique fut attribué aux gaz
résiduels, et les scientifiques admirent que le vide devait être
un parfait isolant électrique.
(Les rayons cathodiques furent nommés ainsi
par E. Wiedemann en 1883. )
Gassiot et Hittorf firent des expériences,
qui jusqu'en 1880 et au delà, semblaient confirmer cette hypothèse.
Je décris ici l'expérience faite par
Hittorf, car, comme en 1905 pour l'expérience deMichelson et Morlay,
on en tira une conclusion incertaine.
Expérience d'Hittorf sur la conductibilité
du vide.
Le grand tube en verre suspendu au-dessus de
la bobine de Ruhmkorff a trois mètres de longueur. Dans ce tube
règne un vide de deux millimètres de mercure. Les extrémités
de ce tube sont reliées par des fils électriques aux sorties
de la bobine.
Dans le petit tube en verre sur le support à
gauche de la bobine règne le vide le plus absolu possible à
l'époque. Les deux extrémités du petit tube sont traversées
par des fils de platine, dont les bouts, à l'intérieur, ne
sont distants que d'un demi-millimètre. A l'extérieur, les
fils de platine sont reliés par des fils électriques aux
sorties de la bobine, comme pour le grand tube.
Lorsque la bobine est actionnée, une longue
lueur traverse le grand tube, mais aucune étincelle n'éclate
entre les deux fils de platine du petit tube.
On en conclut que la résistance électrique
du petit tube, est beaucoup grande que celle du grand, et que la présence
d'un milieu matériel pondérable est nécessaire au
passage du courant électrique.
Si l'on augmente la puissance de la bobine, une
étincelle finit par jaillir dans le petit tube.
L'explication de l'époque est que les
gaz résiduels du petit tube, laissent tout de même passer
un léger courant qui vaporise les fils de platine ce qui provoque
l'étincelle.
(Dans le petit tube existe en réalité
entre les deux électrode un courant d'électrons qui ne provoque
aucun effet sensible sous une tension moyenne, mais qui fait fondre l'anode
sous une forte tension.)
Voir aussi plus bas, à propos de la découverte de l'électron,
la distinction que l'on faisait entre courant de conduction et courant
de convection.
Suite du texte.
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